JP2011114079A - Semiconductor apparatus, semiconductor package, and method of manufacturing semiconductor apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置、半導体パッケージ、及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, a semiconductor package, and a method for manufacturing a semiconductor device.
基板上に半導体チップ(以下、単にチップ)が搭載された半導体装置として、チップと基板とがバンプを介して相互に電気的に接続(いわゆるフリップチップ接続)されているタイプのものがある。このタイプの半導体装置には、例えば、FCBGA (Flip Chip Ball Grid Array)等がある。
このような構成の半導体装置においては、バンプには、チップと基板との熱膨張係数差に起因する応力が加わる。
As a semiconductor device in which a semiconductor chip (hereinafter simply referred to as a chip) is mounted on a substrate, there is a type in which the chip and the substrate are electrically connected to each other via a bump (so-called flip chip connection). An example of this type of semiconductor device is FCBGA (Flip Chip Ball Grid Array).
In the semiconductor device having such a configuration, a stress due to a difference in thermal expansion coefficient between the chip and the substrate is applied to the bump.
このような応力を緩和させるように構成された半導体装置は、例えば、特許文献1に記載されている。
この半導体装置は、チップの電極パッド上に形成され開口を有する第1絶縁膜と、第1絶縁膜上に形成され開口を有する第2絶縁膜と、電極パッド上及び第1絶縁膜上に形成された下地金属層と、下地金属層上に設けられて該下地金属層と配線基板の電極ランドとを相互に電気的に接続したバンプと、を有している。
この半導体装置においては、下地金属層の径が電極パッドの径よりも小さくかつ第1絶縁膜の開口径よりも大きく構成されているとともに、第2絶縁膜の開口径が下地金属層の径よりも大きく構成されている。
更に、チップと配線基板と間の間隙にはアンダーフィル樹脂が充填されている。
特許文献1には、バンプが直接接合される下地金属層の径よりも、バンプの外周を囲む第2絶縁膜の開口径の方が大きいので、バンプの根元部分と第2絶縁膜との間に比較的大きな隙間を確保することができ、この隙間にアンダーフィル樹脂が充分に充填される旨の記載がある。更に、特許文献1には、この隙間にアンダーフィル樹脂が充分に充填されることから、アンダーフィル樹脂による応力緩和作用が充分に発揮され、その結果、電極パッド周辺の回路部において、クラックや剥離の発生が抑制される旨の記載がある。
A semiconductor device configured to relieve such stress is described in
The semiconductor device includes a first insulating film formed on the electrode pad of the chip and having an opening, a second insulating film formed on the first insulating film and having an opening, and formed on the electrode pad and the first insulating film. And a bump which is provided on the base metal layer and electrically connects the base metal layer and the electrode land of the wiring board to each other.
In this semiconductor device, the diameter of the underlying metal layer is smaller than the diameter of the electrode pad and larger than the opening diameter of the first insulating film, and the opening diameter of the second insulating film is larger than the diameter of the underlying metal layer. Is also made up of large.
Furthermore, the gap between the chip and the wiring board is filled with underfill resin.
In
特許文献1の構造では、アンダーフィル樹脂の充填後には、該アンダーフィル樹脂による応力緩和作用が発揮されると考えられる。
しかし、バンプに加わる応力は、チップと基板とがバンプの溶融によって接続された後、室温まで冷却される過程、すなわち、アンダーフィル樹脂の充填前の工程でも発生する。
In the structure of
However, the stress applied to the bumps is also generated in a process in which the chip and the substrate are connected by melting the bumps and then cooled to room temperature, that is, in a process before filling with the underfill resin.
ここで、アンダーフィル樹脂の充填前の工程でバンプに応力が加わるメカニズムを説明する。
先ず、バンプの融点以上の温度でチップと基板とをバンプによって接続する際は、バンプは溶融状態であるためチップと基板とがそれぞれの熱膨張係数によって膨張していても、それらの接続部であるバンプには応力は加わっていない。
しかし、その後、室温まで冷却される際には、チップ及び基板はそれぞれの熱膨張係数で収縮していくが、バンプが融点で固体となってから後は、チップと基板の熱膨張係数差による応力がバンプに加わっていくことになる。
図8は、フリップチップ接続後の冷却によりチップ及び基板(基板は図示を省略しているが、図8の上方に位置する)が収縮する過程でバンプ106に加わる応力による弊害を説明するための断面図であり、バンプ106及びその周辺を示している。なお、バンプ106の下には第1及び第2バリアメタル104、105が形成され、このうち下層の第1バリアメタル104は、被覆用絶縁膜102に形成された開口を介して電極パッド101に接続されている。
図8は第1及び第2バリアメタル104、105がN−SMD(Non−Soldermask Defined)タイプである場合を例としている。また、図8において、矢印C方向は、チップと基板とを含む半導体パッケージの中央の方向である。
冷却によりチップ及び基板が収縮する過程では、例えば、バンプ106、第1バリアメタル104及び第2バリアメタル105には、第1バリアメタル104をチップから引き剥がす方向の応力が加わる。ここで、一般に、第1及び第2バリアメタル104、105の材料としては、Ti或いはTa等、被覆用絶縁膜102との密着性が良好な金属材料が用いられる。このため、第1及び第2バリアメタル104、105と、被覆用絶縁膜102とが一体的に挙動する。よって、この応力により、例えば、第1及び第2バリアメタル104、105の端部から、被覆用絶縁膜102ないしは電極パッド101、ひいてはその下層の配線層(図示略)にクラック107が生じることがある(図8(a))。或いは、この応力により、バンプ106にクラック108が生じることがある(図8(b))。
Here, a mechanism in which stress is applied to the bumps in the step before filling with the underfill resin will be described.
First, when the chip and the substrate are connected by the bump at a temperature equal to or higher than the melting point of the bump, since the bump is in a molten state, even if the chip and the substrate are expanded by their respective thermal expansion coefficients, Some bumps are not stressed.
However, after that, when cooled to room temperature, the chip and the substrate shrink with their respective thermal expansion coefficients, but after the bumps become solid at the melting point, the difference between the thermal expansion coefficients of the chip and the substrate Stress is applied to the bump.
FIG. 8 is a diagram for explaining the adverse effects caused by the stress applied to the
FIG. 8 shows an example in which the first and
In the process in which the chip and the substrate contract due to cooling, for example, stress is applied to the
このように、チップ(半導体装置)と基板とを接続した後の冷却の過程でバンプ及びその周辺に加わる応力を緩和することは困難だった。 As described above, it is difficult to relieve the stress applied to the bump and its periphery in the cooling process after the chip (semiconductor device) and the substrate are connected.
本発明は、絶縁膜と、
前記絶縁膜の一方の面の一部分に形成されている電極パッドと、
前記一方の面上に形成され、前記電極パッドを露出させる開口が形成されている被覆用絶縁膜と、
前記開口を介して前記電極パッドに接するように形成され、周縁部が前記開口の外側において前記被覆用絶縁膜上に乗り上げている金属層と
前記金属層上に設けられているバンプと、
前記金属層において前記被覆用絶縁膜上に乗り上げている部分と、前記被覆用絶縁膜と、の間に介在している介在層と、
を有し、
前記介在層は、前記被覆用絶縁膜との密着力が、前記金属層とのそれよりも弱い材質によって構成されていることを特徴とする半導体装置を提供する。
The present invention includes an insulating film,
An electrode pad formed on a part of one surface of the insulating film;
A coating insulating film formed on the one surface and having an opening for exposing the electrode pad;
A metal layer formed so as to be in contact with the electrode pad through the opening and having a peripheral portion riding on the insulating film for coating outside the opening; and a bump provided on the metal layer;
An intervening layer interposed between the portion of the metal layer riding on the covering insulating film and the covering insulating film;
Have
The intervening layer is formed of a material whose adhesion to the covering insulating film is weaker than that of the metal layer.
この半導体装置によれば、金属層において被覆用絶縁膜上に乗り上げている部分(以下、乗り上げ部)と、被覆用絶縁膜と、の間には、介在層が介在しているとともに、介在層は、被覆用絶縁膜との密着力が金属層とのそれよりも弱い材質によって構成されている。
このため、バンプに応力が加わった場合に、例えば、金属層の乗り上げ部とともに介在層が絶縁膜から剥がれる動作が起こり、バンプ及びその周辺に加わる応力を緩和することができる。
According to this semiconductor device, the intervening layer is interposed between the portion of the metal layer that runs on the covering insulating film (hereinafter referred to as the riding-up portion) and the covering insulating film, and the intervening layer Is made of a material whose adhesion to the covering insulating film is weaker than that of the metal layer.
For this reason, when stress is applied to the bump, for example, an operation occurs in which the intervening layer is peeled off from the insulating film together with the rising portion of the metal layer, and the stress applied to the bump and its periphery can be relaxed.
また、本発明は、絶縁膜と、
前記絶縁膜の一方の面の一部分に形成されている電極パッドと、
前記一方の面上に形成され、前記電極パッドを露出させる開口が形成されている被覆用絶縁膜と、
前記開口を介して前記電極パッドに接するように形成され、周縁部が前記開口の外側において前記被覆用絶縁膜上に乗り上げている金属層と
前記金属層上に設けられているバンプと、
前記金属層において前記被覆用絶縁膜上に乗り上げている部分と、前記被覆用絶縁膜と、の間に介在している介在層と、
を有し、
前記介在層は、前記被覆用絶縁膜との密着力が、前記金属層とのそれよりも弱い材質によって構成されている半導体装置と、
前記半導体装置よりも熱膨張係数が大きい基板と、
を有し、
前記バンプを介して前記半導体装置が前記基板に接続されていることを特徴とする半導体パッケージを提供する。
The present invention also includes an insulating film,
An electrode pad formed on a part of one surface of the insulating film;
A coating insulating film formed on the one surface and having an opening for exposing the electrode pad;
A metal layer formed so as to be in contact with the electrode pad through the opening and having a peripheral portion riding on the insulating film for coating outside the opening; and a bump provided on the metal layer;
An intervening layer interposed between the portion of the metal layer riding on the covering insulating film and the covering insulating film;
Have
The intervening layer has a semiconductor device made of a material whose adhesion with the covering insulating film is weaker than that of the metal layer;
A substrate having a larger coefficient of thermal expansion than the semiconductor device;
Have
A semiconductor package is provided in which the semiconductor device is connected to the substrate through the bumps.
また、本発明は、絶縁膜の一方の面の一部分に電極パッドを形成する工程と、
前記一方の面上に、前記電極パッドを露出させる開口を有する被覆用絶縁膜を形成する工程と、
前記被覆用絶縁膜上における前記開口の縁部に介在層を形成する工程と、
金属層を、前記開口を介して前記電極パッドに接するように、且つ、該金属層の周縁部が前記開口の外側において前記被覆用絶縁膜上に乗り上げて前記介在層を覆うように、形成する工程と、
を有し、
前記介在層は、前記被覆用絶縁膜との密着力が前記金属層とのそれよりも弱い材質によって形成することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
The present invention also includes a step of forming an electrode pad on a portion of one surface of the insulating film;
Forming a coating insulating film having an opening exposing the electrode pad on the one surface;
Forming an intervening layer at an edge of the opening on the insulating film for covering;
A metal layer is formed so as to be in contact with the electrode pad through the opening, and so that a peripheral portion of the metal layer runs on the coating insulating film outside the opening and covers the intervening layer. Process,
Have
The intervening layer is formed of a material whose adhesion to the covering insulating film is weaker than that of the metal layer.
本発明によれば、半導体装置と基板とを接続した後の冷却の過程でバンプ及びその周辺に加わる応力を緩和することができる。 According to the present invention, it is possible to relieve the stress applied to the bump and its periphery during the cooling process after connecting the semiconductor device and the substrate.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
〔第1の実施形態〕
図1は実施形態に係る半導体装置(半導体チップ10:以下、単にチップ10)を示す図であり、このうち(a)はバンプ6及びその周辺の断面図、(b)は平面図である。
なお、図1(a)は図1(b)のA−A矢視断面図である。
また、図1(b)において、バンプ6は図示を省略している。また、図1(b)では、介在金属層3は実際には第2バリアメタル5(及び第1バリアメタル4)に隠れて見えないが、該介在金属層3の配置領域は分かりやすいように斜線を付している。
[First Embodiment]
1A and 1B are diagrams showing a semiconductor device (
In addition, Fig.1 (a) is AA arrow sectional drawing of FIG.1 (b).
In FIG. 1B, the illustration of the
本実施形態に係る半導体装置(チップ10)は、絶縁膜9と、絶縁膜9の一方の面の一部分に形成されている電極パッド(例えば、電極パッド本体1及び密着層18により構成されている)と、絶縁膜9の一方の面上に形成され、電極パッドを露出させる開口2aが形成されている被覆用絶縁膜2と、を有する。
更に、チップ10は、開口2aを介して電極パッドに接するように形成され、周縁部が開口2aの外側において被覆用絶縁膜2上に乗り上げている金属層(例えば、第1及び第2バリアメタル4、5により構成されている)と、金属層上に設けられているバンプ6と、を有する。
更に、チップ10は、金属層において被覆用絶縁膜2上に乗り上げている部分(乗り上げ部11)と、被覆用絶縁膜2と、の間に介在している介在層(例えば、介在金属層3)を有している。
そして、介在層は、被覆用絶縁膜2との密着力が、金属層とのそれよりも弱い材質によって構成されている。
以下、詳細に説明する。
The semiconductor device (chip 10) according to the present embodiment includes an insulating
Further, the
Further, the
The intervening layer is made of a material whose adhesion to the covering insulating
Details will be described below.
本実施形態に係るチップ10は、例えば、基板(図示略)の一方の面(回路形成面)の側に形成されたトランジスタ等の素子と、基板の回路形成面上に形成された多層配線層と、を有している。多層配線層は、その最上層に、複数の電極パッド本体1を有している。電極パッド本体1は、例えばチップ10の外周四辺に沿って配置されたり、チップ10の全面にマトリクス状に配置されたりする。電極パッド本体1はAl、Al合金、Cu、およびCu合金等により構成することができる。
電極パッド本体1上には、TiN等の密着力の強い密着層18と、電極パッドの密着層を露出させる開口19aを有するSiON等の絶縁薄膜19とを有する。
更に、チップ10は、例えば、多層配線層上に形成され、それぞれ電極パッドと電気的に接続されている複数の金属層(第1バリアメタル4及び第2バリアメタル5により構成されている)と、これら金属層上にそれぞれ設けられたバンプ6と、を有している。
このチップ10は、いわゆるフリップチップ接続により、バンプ6を介して基板20(図5、図6参照)上に実装することができる。
The
On the electrode pad
Further, the
The
また、電極パッド本体1と、該電極パッド本体1よりも1層だけ下層の配線(図示略)との間には絶縁膜9が介在している。絶縁膜9は、例えば、SiO2により構成することができる。
絶縁薄膜19上には、被覆用絶縁膜(チップカバー膜)2が形成されている。この被覆用絶縁膜2には、各電極パッドの密着層18の少なくとも一部分ずつをそれぞれ露出させる複数の開口2aが形成されている。被覆用絶縁膜2の開口の寸法は、絶縁薄膜19の開口19aと同等か、それ以上もしくはそれ以下の大きさとすることができる。なお、開口2aは、例えば、上側に向けて広がるようにすり鉢状に傾斜している。
Further, an insulating
A coating insulating film (chip cover film) 2 is formed on the insulating
開口2a内およびその周囲縁部には、バンプ6の下地となる第1及び第2バリアメタル4、5が形成されている。第1バリアメタル4は、開口2aを介して電極パッドに接するように形成され、該第1バリアメタル4の周縁部が開口2aの外側において被覆用絶縁膜2上に乗り上げている。そして、この第1バリアメタル4上には、例えば該第1バリアメタル4と同じ範囲に第2バリアメタル5が形成されている。
第1及び第2バリアメタル4、5の材料については後述する。
なお、第1及び第2バリアメタル4、5により構成される金属層の乗り上げ部11は、開口2aの外側において被覆用絶縁膜2上に乗り上げている。
First and
The materials of the first and
Note that the metal
更に、チップ10は、金属層の乗り上げ部11と、被覆用絶縁膜2と、の間に介在している介在金属層3を有している。この介在金属層3は、被覆用絶縁膜2との密着力(単位面積当たりの密着力)が、金属層(例えば、第1バリアメタル4)とのそれよりも弱い材質によって構成されている。つまり、介在金属層3と被覆用絶縁膜2との密着力(単位面積当たりの密着力)は、第1バリアメタル4と介在金属層3との密着力(単位面積当たりの密着力)よりも弱い。
この介在金属層3は、被覆用絶縁膜2との密着性が良好なTi、Ta以外の金属材料により構成することができる。具体的には、例えば、介在金属層3は、加工が容易なAl、Cu、Al合金及びCu合金のうちの少なくとも何れか1つにより構成されていることが好ましい。
Further, the
The intervening
更に、金属層上(例えば、第2バリアメタル5上)には、バンプ6が設けられている。このバンプ6は、例えば、鉛フリー半田或いはその他の半田により構成されている。
バンプ6は、例えば、金属層(第1及び第2バリアメタル4、5)の外周端面に接していることが好ましい。
更に、バンプ6は、例えば、介在金属層3の外周端面に接していることがより好ましい。
Further, bumps 6 are provided on the metal layer (for example, on the second barrier metal 5). The
The
Furthermore, it is more preferable that the
金属層(第1及び第2バリアメタル4、5)及び介在金属層3の平面形状は、多角形、円形等、任意であるが、例えば、図1に示すように、八角形にすることができる。すなわち、図1の例では、被覆用絶縁膜2の開口2aの形状、絶縁薄膜19の開口19aの形状、第1バリアメタル4の外周形状、第2バリアメタル5の外周形状、介在金属層3の外周形状、及び、介在金属層3の内周形状が、それぞれ八角形となっている。
The planar shapes of the metal layers (first and
次に、実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。図2乃至図4はこの製造方法を説明するための一連の工程を示す断面図である。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment will be described. 2 to 4 are sectional views showing a series of steps for explaining this manufacturing method.
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、絶縁膜9の一方の面の一部分に電極パッドを形成する工程と、絶縁膜9の一方の面上に、電極パッドを露出させる開口2aを有する被覆用絶縁膜2を形成する工程と、を有する。
更に、この製造方法は、被覆用絶縁膜2上における開口2aの縁部に介在層(例えば、介在金属層3)を形成する工程を有する。
更に、この製造方法は、金属層(例えば、第1及び第2バリアメタル4、5により構成される)を形成する工程を有する。この工程では、この金属層が開口2aを介して電極パッドに接するように、且つ、該金属層の周縁部が開口2aの外側において被覆用絶縁膜2上に乗り上げて介在層を覆うように、金属層を形成する。
介在層は、被覆用絶縁膜2との密着力が金属層とのそれよりも弱い材質によって形成する。
以下、詳細に説明する。
The manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment includes a step of forming an electrode pad on a part of one surface of the insulating
Further, this manufacturing method includes a step of forming an intervening layer (for example, intervening metal layer 3) at the edge of the
Furthermore, this manufacturing method includes a step of forming a metal layer (for example, composed of the first and
The intervening layer is formed of a material whose adhesion to the covering insulating
Details will be described below.
先ず、絶縁膜9上に電極パッド本体1を形成する。絶縁膜9上に電極パッド本体1の材料(例えばAl、Al合金、Cu、及びCu合金等)の膜を、例えばスパッタ等により約1μm形成する。次に、電極パッド本体1が形成される部分を覆うマスクパターン(図示略)を、電極パッド本体1の材料膜上に形成する。すなわち、感光性のレジスト膜を形成後、このレジスト膜を露光及び現像することにより、マスクパターンを形成する。次に、このマスクパターンをマスクとして電極パッド本体1の材料膜をエッチングした後、マスクパターンを除去することにより、電極パッド本体1が形成される。
First, the
その後、電極パッド本体1上に密着層18(例えばTiN等)を同様に形成する。密着層18の厚さは約200nmで、寸法は電極パッド本体1と同等か、やや大きく形成する。
Thereafter, an adhesion layer 18 (for example, TiN) is similarly formed on the
次に、例えばSiON等の絶縁薄膜19を同様に形成する。絶縁薄膜19の厚さは約300nmで、形状は電極パッド本体1上の密着層18を露出させる開口19aを有し、密着層18の周縁部に乗り上げている。
Next, an insulating
次に、感光性のポリイミド等の被覆用絶縁膜2を形成する。更に、この被覆用絶縁膜2に、金属層形成用の開口2aを露光及び現像によって形成する。その後、約350℃の加熱処理を行って、被覆用絶縁膜2を硬化させる(図2(a))。
Next, a
次に、例えばCu等、被覆用絶縁膜2との密着力が弱い金属材料の介在金属層3を、被覆用絶縁膜2上、絶縁薄膜19上及び電極パッドの密着層18上に形成する。この介在金属層3は、例えば、スパッタ等により、約30nmの厚さに形成する。次に、この後の工程で金属層の乗り上げ部11(図1参照)が形成される部分を覆うマスクパターン12を、介在金属層3上に形成する。すなわち、感光性のレジスト膜を形成後、このレジスト膜を露光及び現像することにより、マスクパターン12を形成する(図2(b))。
Next, an intervening
次に、このマスクパターン12をマスクとして介在金属層3をエッチングすることにより、介在金属層3を乗り上げ部11(図1参照)の形成範囲に残留させる。次に、マスクパターン12を除去する(図2(c))。
Next, the intervening
次に、第2バリアメタル5のシード層としての第1バリアメタル4を被覆用絶縁膜2上、介在金属層3上、絶縁薄膜19上及び電極パッドの密着層18上に、例えばスパッタにより形成する。第1バリアメタル4は、例えば、TiW膜と、このTiW膜上に形成されたTi膜と、このTi膜上に形成されたCu膜と、の積層構造であることが挙げられる。また、このTiW膜、Ti膜及びCu膜の膜厚は、例えば、それぞれ約200nm、約30nm、約300nmであることが挙げられる(図3(a))。
Next, the
次に、第2バリアメタル5(図1参照)の形成範囲と対応する開口13aを有するマスクパターン13を第1バリアメタル4上に形成する。なお、マスクパターン13の形成方法はマスクパターン12の形成方法と同様である(図3(b))。
Next, a
次に、マスクパターン13をマスクとして、第2バリアメタル5を第1バリアメタル4上に電解めっき法により形成する。第2バリアメタル5は、例えば、Ni膜と、このNi膜上に形成されたCu膜と、の積層構造であることが挙げられる。なお、このNi膜の膜厚は、例えば、約3μmであることが挙げられ、このCu膜の膜厚は、例えば、約300nmであることが挙げられる(図3(c))。
Next, the
次に、マスクパターン13を除去した後、第2バリアメタル5を覆うようにマスクパターン14を形成する。なお、マスクパターン14の形成方法はマスクパターン12、13の形成方法と同様である(図4(a))。
Next, after removing the
次に、マスクパターン14をマスクとして、該マスクパターン14から露出する第1バリアメタル4をエッチングによって除去する。次に、マスクパターン14を除去する(図4(b))。
Next, using the
次に、半田ペースト(図示略)を、例えば印刷法等により第2バリアメタル5上に形成し、加熱溶融後、フラックス洗浄してバンプ6を形成する。バンプ6は、例えば、PbとSnとを含有する半田、或いは、Sn、Ag及びCuを含有する半田であることが挙げられる。具体的には、例えば、前者の半田は、5重量%のSnを含み、その残部がPbであることが挙げられ、後者の半田は、3重量%のAgと0.5重量%のCuとを含み、それらの残部がSnであることが挙げられる(図4(c))。
Next, a solder paste (not shown) is formed on the
こうして、チップ10を製造することができる。
In this way, the
次に、図5及び図6を参照して、チップ10を基板(配線基板)20上にフリップチップ実装して半導体パッケージ(半導体モジュール)30を製造する方法を説明する。
図5及び図6はチップ10を基板20に実装する方法を示す一連の工程図である。
なお、図5において、(a)、(c)、(e)は平面図、(b)は(a)のB−B矢視断面図、(d)は(c)のB−B矢視断面図、(f)は(e)のB−B矢視断面図である。同様に、図6において、(a)、(c)は平面図、(b)は(a)のB−B矢視断面図、(d)は(c)のB−B矢視断面図である。
また、図5及び図6においては、チップ10の上下が図1及び図4とは逆転している。
Next, a method for manufacturing the semiconductor package (semiconductor module) 30 by flip-chip mounting the
5 and 6 are a series of process diagrams showing a method of mounting the
5, (a), (c), and (e) are plan views, (b) is a sectional view taken along the line BB in (a), and (d) is a view taken along the line BB in (c). Sectional drawing and (f) are BB arrow sectional drawings of (e). Similarly, in FIG. 6, (a) and (c) are plan views, (b) is a cross-sectional view taken along the line BB in (a), and (d) is a cross-sectional view taken along the line BB in (c). is there.
5 and 6, the top and bottom of the
本実施形態に係る半導体パッケージ30は、上述したような本実施形態に係るチップ10と、このチップ10よりも熱膨張係数が大きい基板20と、を有し、バンプ6を介してチップ10が基板20に接続されている。
以下、詳細に説明する。
The
Details will be described below.
基板20上へのチップ10の実装は、周知の実装機(図示略)により行う。先ず、例えばバンプ6の先端にフラックス(図示略)を塗布したチップ10の回路形成面(バンプ6が設けられている方の面)を基板20側に向けて、該チップ10と基板20とを対向配置する(図5(a)、図5(b))。
The
次に、実装機により、例えばチップ10を基板20に対して相対的に下降させて、基板20とチップ10とをバンプ6を介して相互に加圧接触させる。なお、このとき、基板20の配線上の電極パッド(何れも図示略)にバンプ6が接触するようにする。そして、バンプ6が融点以上の温度となるように、例えば基板20及びチップ10を加熱する。これにより、チップ10がバンプ6を介して基板20に対してフリップチップ接続される(図5(c)、図5(d))。
Next, for example, the
この実装時の加熱により、図5(c)及び図5(d)に示すように、チップ10及び基板20は、それぞれ熱膨張する。ここで、一般に、基板20の方がチップ10よりも熱膨張係数が大きいため、図5(c)及び図5(d)に示すように、チップ10よりも基板20の方が加熱の際における膨張の割合が大きい。
ただし、バンプ6が融点以上の温度の段階では、バンプ6は溶融状態であるためチップ10と基板20とがそれぞれの熱膨張係数によって膨張していても、それらの接続部であるバンプ6には応力は加わっていない。
Due to the heating at the time of mounting, as shown in FIGS. 5C and 5D, the
However, when the
その後、チップ10及び基板20が室温まで冷却されると、チップ10及び基板20はほぼ加熱前の寸法に収縮する(図5(e)、図5(f))。
この冷却の過程では、チップ10及び基板20は、それぞれの熱膨張係数で収縮するため、バンプ6が融点で固体となって以降は、チップ10と基板20との熱膨張係数差による応力がバンプ6に加わっていく。
なお、上述のように、一般に、基板20の方がチップ10よりも熱膨張係数が大きいため、冷却後の段階では、チップ10が上であるとすると、基板20は上に凸の反りを呈する。
Thereafter, when the
In this cooling process, the
As described above, since the
次に、チップ10と基板20との間の間隙にアンダーフィル樹脂15を充填し、加熱等により硬化させる(図6(a)、図6(b))。
次に、基板20において、チップ10が設けられるのとは反対側の面に、BGA(Ball Grid Array)ボール16を形成する。
その後、必要に応じて、ダイシングにより基板20を切断することにより、各半導体パッケージ30を個片化する。これにより、図6(c)、図6(d)に示す半導体パッケージ30を得ることができる。
なお、必要に応じて、アンダーフィル樹脂15の充填及び硬化後に、チップ10及びアンダーフィル樹脂15を封止樹脂(図示略)により封止しても良い。この封止は、チップ10の上面を覆うように行っても良いし、チップ10の上面が露出するように行っても良い。
Next, the gap between the
Next, a BGA (Ball Grid Array)
Thereafter, if necessary, each
If necessary, the
次に、本実施形態の動作を説明する。
図7は実施形態に係るチップ10の動作を説明する図であり、バンプ6及びその周辺の断面を示す。なお、図7において、矢印C方向は、半導体パッケージ30の中央の方向である。
Next, the operation of this embodiment will be described.
FIG. 7 is a view for explaining the operation of the
上述のように、チップ10を基板20にフリップチップ実装した後の冷却の過程(図5(c)及び(d)から図5(e)及び(f)までの過程)では、チップ10と基板20との熱膨張係数差による応力がバンプ6に加わる。また、上述のように、一般に、基板20の方がチップ10よりも熱膨張係数が大きいため、冷却後の段階(図5(e)及び(f)の段階)では、チップ10が上であるとすると、基板20は上に凸の反りを呈する。
従って、具体的には、例えば、個々のバンプ6において、半導体パッケージ30の中央から遠い端部には、バンプ6及び電極パッドをチップ10から引き剥がす方向の応力が加わる。
このような事情に対し、本実施形態に係るチップ10は、第1及び第2バリアメタル4、5の乗り上げ部11と、被覆用絶縁膜2と、の間に介在している介在金属層3を有している。そして、この介在金属層3は、被覆用絶縁膜2との密着力が、第1バリアメタル4とのそれよりも弱い。
このため、チップ10を基板20にフリップチップ実装した後の冷却の過程でバンプ6に加わる応力によって、例えば、図7に示すように、介在金属層3がバンプ6及び乗り上げ部11と一体的に被覆用絶縁膜2から剥離する。そして、被覆用絶縁膜2と介在金属層3との間には、その応力に応じた大きさのクリアランス17が形成される。
つまり、このような剥離及びクリアランス17を生じさせることにより、バンプ6、被覆用絶縁膜2、密着層18、電極パッド本体1、或いはその下層の配線(図示略)に応力が作用してしまうことを抑制でき、それらへのダメージを抑制することができる。
As described above, in the cooling process after the
Therefore, specifically, for example, in each
Under such circumstances, the
For this reason, for example, as shown in FIG. 7, the intervening
That is, by causing such peeling and
以上のような実施形態によれば、第1及び第2バリアメタル4、5において被覆用絶縁膜2上に乗り上げている乗り上げ部11と、被覆用絶縁膜2と、の間には、介在金属層3が介在している。そして、介在金属層3は、被覆用絶縁膜2との密着力が、第1バリアメタル4とのそれよりも弱い材質によって構成されている。
このため、バンプ6に応力が加わった場合に、例えば、乗り上げ部11とともに介在金属層3が被覆用絶縁膜2から剥がれる動作が起こり、バンプ6及びその周辺に加わる応力を緩和することができる。
よって、バンプ6及びその周辺にクラック等のダメージが生じてしまうことを抑制できる。
According to the embodiment as described above, there is an intervening metal between the climbing
For this reason, when stress is applied to the
Therefore, it is possible to suppress the occurrence of damage such as cracks in the
バンプ6が金属層(第1及び第2バリアメタル4、5)の外周端面に接していることにより、バンプ6と金属層との一体性を高めることができる。よって、バンプ6と金属層との間にクラックが生じる可能性を低減できるとともに、介在金属層3と被覆用絶縁膜2との界面における剥離を容易に生じさせることができる。更に、バンプ6が介在金属層3の外周端面にも接している場合には、バンプ6と金属層との一体性をより一層高めることができるので、これらの効果を更に高めることができる。
Since the
上記の実施形態では、介在層が介在金属層3である例を説明したが、この例に限らず、介在層は、例えば、シロキサンを含有する有機膜、或いは、フッ素樹脂(テフロン(登録商標)等)により構成しても良い。
また、上記の実施形態では、バンプ6の下地となる金属層が2層の金属層(第1及び第2バリアメタル4、5)により構成されている例を説明したが、3層以上の金属層により構成しても良いし、或いは、1層の金属層により構成しても良い。
In the above embodiment, the example in which the intervening layer is the intervening
In the above embodiment, the example in which the metal layer serving as the base of the
1 電極パッド本体
2 被覆用絶縁膜
2a 開口
3 介在金属層
4 第1バリアメタル
5 第2バリアメタル
6 バンプ
9 絶縁膜
10 半導体チップ
11 乗り上げ部
12 マスクパターン
13 マスクパターン
13a 開口
14 マスクパターン
15 アンダーフィル樹脂
16 BGAボール
17 クリアランス
18 密着層
19 絶縁薄膜
19a 開口
20 基板
30 半導体パッケージ
101 電極パッド
102 被覆用絶縁膜
104 第1バリアメタル
105 第2バリアメタル
106 バンプ
107 クラック
108 クラック
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記絶縁膜の一方の面の一部分に形成されている電極パッドと、
前記一方の面上に形成され、前記電極パッドを露出させる開口が形成されている被覆用絶縁膜と、
前記開口を介して前記電極パッドに接するように形成され、周縁部が前記開口の外側において前記被覆用絶縁膜上に乗り上げている金属層と
前記金属層上に設けられているバンプと、
前記金属層において前記被覆用絶縁膜上に乗り上げている部分と、前記被覆用絶縁膜と、の間に介在している介在層と、
を有し、
前記介在層は、前記被覆用絶縁膜との密着力が、前記金属層とのそれよりも弱い材質によって構成されていることを特徴とする半導体装置。 An insulating film;
An electrode pad formed on a part of one surface of the insulating film;
A coating insulating film formed on the one surface and having an opening for exposing the electrode pad;
A metal layer formed so as to be in contact with the electrode pad through the opening and having a peripheral portion riding on the insulating film for coating outside the opening; and a bump provided on the metal layer;
An intervening layer interposed between the portion of the metal layer riding on the covering insulating film and the covering insulating film;
Have
The semiconductor device is characterized in that the intervening layer is made of a material whose adhesion to the covering insulating film is weaker than that of the metal layer.
前記絶縁膜の一方の面の一部分に形成されている電極パッドと、
前記一方の面上に形成され、前記電極パッドを露出させる開口が形成されている被覆用絶縁膜と、
前記開口を介して前記電極パッドに接するように形成され、周縁部が前記開口の外側において前記被覆用絶縁膜上に乗り上げている金属層と
前記金属層上に設けられているバンプと、
前記金属層において前記被覆用絶縁膜上に乗り上げている部分と、前記被覆用絶縁膜と、の間に介在している介在層と、
を有し、
前記介在層は、前記被覆用絶縁膜との密着力が、前記金属層とのそれよりも弱い材質によって構成されている半導体装置と、
前記半導体装置よりも熱膨張係数が大きい基板と、
を有し、
前記バンプを介して前記半導体装置が前記基板に接続されていることを特徴とする半導体パッケージ。 An insulating film;
An electrode pad formed on a part of one surface of the insulating film;
A coating insulating film formed on the one surface and having an opening for exposing the electrode pad;
A metal layer formed so as to be in contact with the electrode pad through the opening and having a peripheral portion riding on the insulating film for coating outside the opening; and a bump provided on the metal layer;
An intervening layer interposed between the portion of the metal layer riding on the covering insulating film and the covering insulating film;
Have
The intervening layer has a semiconductor device made of a material whose adhesion with the covering insulating film is weaker than that of the metal layer;
A substrate having a larger coefficient of thermal expansion than the semiconductor device;
Have
A semiconductor package, wherein the semiconductor device is connected to the substrate through the bumps.
前記一方の面上に、前記電極パッドを露出させる開口を有する被覆用絶縁膜を形成する工程と、
前記被覆用絶縁膜上における前記開口の縁部に介在層を形成する工程と、
金属層を、前記開口を介して前記電極パッドに接するように、且つ、該金属層の周縁部が前記開口の外側において前記被覆用絶縁膜上に乗り上げて前記介在層を覆うように、形成する工程と、
を有し、
前記介在層は、前記被覆用絶縁膜との密着力が前記金属層とのそれよりも弱い材質によって形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an electrode pad on a portion of one surface of the insulating film;
Forming a coating insulating film having an opening exposing the electrode pad on the one surface;
Forming an intervening layer at an edge of the opening on the insulating film for covering;
A metal layer is formed so as to be in contact with the electrode pad through the opening, and so that a peripheral portion of the metal layer runs on the coating insulating film outside the opening and covers the intervening layer. Process,
Have
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the intervening layer is formed of a material whose adhesion to the covering insulating film is weaker than that of the metal layer.
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JP2017220659A (en) * | 2016-06-08 | 2017-12-14 | サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. | Fan-out semiconductor package |
KR20170138906A (en) * | 2016-06-08 | 2017-12-18 | 삼성전기주식회사 | Fan-out semiconductor package |
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KR102045236B1 (en) * | 2016-06-08 | 2019-12-02 | 삼성전자주식회사 | Fan-out semiconductor package |
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