JP2016129161A - 半導体装置 - Google Patents

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rewiring
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wiring
insulating film
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平野　博茂
Hiroshige Hirano
博茂 平野
道成 手谷
Michinari Tetani
道成 手谷
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Abstract

【課題】半導体装置において、再配線による応力を緩和する。【解決手段】半導体装置は、半導体基板１上に設けられた第１の絶縁膜１１と、第１の絶縁膜１１中に形成された第１の配線５と、第１の絶縁膜１１上に形成され、銅を含む再配線７と、再配線７上に形成された第２の絶縁膜８と、第１の絶縁膜７中に形成され、第１の配線５と再配線７とを接続する第１の接続部と、第２の絶縁膜８を貫通して再配線７に達する第２の接続部とを備える。第１の接続部は、複数の第１のコンタクト６を含み、第１のコンタクト６における半導体基板１の主面方向の寸法は、再配線７の膜厚に依存する所定の値以下である。【選択図】図１

Description

本開示は、半導体装置に関し、特に、再配線構造を有する半導体装置に関する。
半導体装置、特にアナログデバイス等の小型化及び大電流駆動が要望されるデバイスにおいて、ウエハレベルチップサイズパッケージ（ＷＬＣＳＰ）が適用されている。ＷＬＣＳＰは、例えばアルミ配線の上に保護膜まで作成したウエハに対してＣｕ等により再配線を行った後、その上に保護膜を形成すると共に再配線に対応して開口部を設け、当該開口に半田を搭載したものである。（例えば、特許文献１を参照。）この先行例では、アルミ配線と再配線との接続には、大きな開口サイズ部のコンタクトが取られている。
特開２００９−２８３６３１号公報
特許文献１の構成では、アルミ配線上には絶縁膜として酸化膜又は窒化膜が形成されている。当該絶縁膜にアルミ配線を露出する大きな開口サイズのコンタクト開口部が形成され、コンタクト開口部を埋め込むようにＣｕ再配線が形成されている。Ｃｕ再配線形成工程において、厚い膜厚の大面積のＣｕ再配線が形成される。Ｃｕの収縮応力は大きいので、絶縁膜に形成された大きな開口部内のコンタクトを通じて、下層に形成された配線、絶縁膜、半導体素子等に大きな応力がかかる。従って、Ｃｕ再配線を適用したＷＬＣＳＰの場合、Ｃｕ再配線の下地の配線及び／又は素子に対して応力がかかり、半導体装置を破壊する可能性がある。特に、アルミ配線上の絶縁膜、つまりＣｕ再配線と接続するための開口部を有する絶縁膜が無機膜のみである場合、これが有機膜である場合に比べて応力緩和されにくいので、応力による破壊の可能性も大きくなる。
以上に鑑み、本開示は、前記の応力を緩和することが可能なＷＬＣＳＰの半導体装置を実現することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本開示の半導体装置は、半導体基板上に設けられた第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜中に形成された第１の配線と、第１の絶縁膜上に形成され、銅を含む再配線と、再配線上に形成された第２の絶縁膜と、第１の絶縁膜中に形成され、第１の配線と再配線とを接続する第１の接続部と、第２の絶縁膜を貫通して再配線に達する第２の接続部とを備え、第１の接続部は、複数の第１のコンタクトを含み、第１のコンタクトにおける半導体基板の主面方向の寸法は、再配線の膜厚に依存する所定の値以下である。
このような半導体装置によると、第１の接続部が比較的小さな複数のコンタクトを含む構成であることにより、銅を含む再配線に起因して発生し、当該再配線の下方に印加される応力を緩和することができる。これにより、再配線の下方に設けられた素子、配線等の破壊、ひいては半導体装置の破壊を抑制することができる。
尚、所定の値は、再配線の膜厚の三倍であっても良い。
このようにすると、より確実に応力を緩和することができる。
また、複数の第１のコンタクトは、ドット状であっても良い。
つまり、各第１のコンタクトは、平面視においていずれかの方向に伸びる形状では無く、円形、正方形、比較的縦横比の小さい長方形等の形状を有していても良い。これにより、半導体基板の主面に平行ないずれの方向に関する応力についても緩和することができる。
また、複数の第１のコンタクトは、第１の接続部の周縁部に配置されていても良い。
電気的接続のためには、第１の接続部の周縁部にコンタクトを配置することが有利であり、且つ、コンタクト同士の距離を大きくすることができるので、このような配置とすることに利点がある。
また、第２の接続部は、第１の接続部の上方を避けて再配線上に形成され、平面視において第１の接続部と第２の接続部との間の領域において、再配線にスリットが設けられていても良い。
このようにすると、再配線に起因する応力を低減することができる。
また、第２の接続部は、第１の接続部の上方を避けて再配線上に形成され、第１の接続部が形成された領域の上方において、再配線は複数に分岐した形状を有していても良い。
このようにすることによっても、再配線に起因する応力を低減することができる。
また、複数の第１のコンタクトは、アレイ状に配置されていても良い。
このようにすると、第１の接続部の導電性を確保しながら、より確実に応力を緩和することができる。
また、複数の第１のコンタクトは、ライン形状であっても良い。
つまり、各第１のコンタクトは、平面視においていずれかの方向に伸びる形状を有していても良い。
このような場合にも、再配線に起因する応力を緩和することができる。更に、再配線の引き出し方向に対して垂直な方向に伸びるライン形状とすることにより、より確実な応力の緩和が可能となる。また、第１のコンタクトをアレイ状に配置する場合に比べ、同程度の電気的接続を維持しながら、第１のコンタクトが配置される面積を縮小することができる。
また、第１の接続部が形成された領域における第１の配線の下方に、複数の第２の配線が形成されていても良い。
このようにすると、第１の接続部の下方において、第２の配線を含む第１の絶縁膜の膜厚を大きくすると共に、再配線の下地の平坦性を改善することができ、更に応力を緩和することができる。
また、複数の第２の配線は、電気的な接続に用いられる信号配線と、ダミー配線とを含んでいても良い。
つまり、半導体装置中において実際に信号を伝達するために使用される配線と、電気的接続が無く、応力緩和等のために設けられたダミー配線との両方が含まれていても良い。
また、第２の配線よりも下層において、第１の接続部の下方の領域及びそれ以外の領域にわたって同一層に、複数の第３の配線が形成されていても良い。
このようにすると、第１の接続部の下方の領域及びその他の領域にわたる再配線の下地の平坦性を改善することができ、更に応力を緩和することができる。
更に、第２の接続部が形成された領域の下方において、第１の配線と同一の層に、第４の配線が形成されていても良い。
また、第２の接続部が形成された領域の下方において、第２の配線と同一の層に、第５の配線が形成されていても良い。
このような第４及び第５の配線により、第２の接続部の下方において応力を更に緩和することができる。
また、平面視において、第１の接続部と第２の接続部とは重複する部分を有していても良い。
第１の接続部が複数の第１のコンタクトを含む構成であることにより、第２の接続部に関係して発生する応力についても緩和することができる。従って、第２の接続部を第１の接続部の上方に重なるように配置することも可能であり、この結果、半導体装置の設計の自由度の向上及びサイズの縮小が実現する。
尚、第１の絶縁膜は、無機膜であっても良い。
第１の絶縁膜が無機膜である場合、これが有機膜である場合に比べて、再配線による応力は緩和されにくい。従って、複数の第１のコンタクトを含む第１の接続部とすることによって応力を緩和する効果がより顕著になる。
また、複数の第１のコンタクトと第１の絶縁膜との境界部、及び、再配線と第１の絶縁膜との境界部には、シード層が形成されていても良い。
更に、シード層は、複数の第１のコンタクトと再配線との接続部には形成されていないのであっても良い。
各構成要素の関係として、このようになっていても良い。
また、第２の絶縁膜上に、樹脂材料からなる層は形成されていないのであっても良い。
このようにすると、より簡単な構造によりＷＬＣＳＰ構造を実現することができる。また、樹脂材料からなる層による外部からの応力の緩和は無いので、第１の接続部が複数の第１のコンタクトを含む構成であることによる応力緩和の効果がより顕著になる。
また、第２の接続部は、半田を含む材料により形成された接続端子であっても良い。
第２の接続部の構成として、このようにすることもできる。
本開示によると、再配線を利用したＷＬＣＳＰの半導体装置において、再配線に起因する応力を緩和し、半導体装置の故障、破壊を抑制することができる。
図１は、本開示の第１の実施形態の例示的半導体装置を模式的に示す平面図である。 図２は、図１の半導体態装置のＩＩ−ＩＩ’線による断面を模式的に示す図である。 図３は、図１及び２の半導体装置において、第１のコンタクトのサイズと応力の大きさとの関係を示す図である。 図４（ａ）〜（ｃ）は、図１の半導体装置の製造方法について説明する図である。 図５（ａ）〜（ｃ）は、図４（ｃ）に続いて、図１の半導体装置の製造方法について説明する図である。 図６は、本開示の第２の実施形態の例示的半導体装置を模式的に示す平面図である。 図７は、図６の半導体態装置のＶＩＩ−ＶＩＩ’線による断面を模式的に示す図である。 図８は、本開示の第３の実施形態の例示的半導体装置を模式的に示す平面図である。 図９は、図８の半導体態装置のＩＸ−ＩＸ’線による断面を模式的に示す図である。 図１０は、本開示の第４の実施形態の例示的半導体装置を模式的に示す平面図である。 図１１は、図１０の半導体態装置のＸＩ−ＸＩ’線による断面を模式的に示す図である。 図１２は、本開示の第５の実施形態の例示的半導体装置を模式的に示す平面図である。 図１３は、図１２の半導体態装置のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ’線による断面を模式的に示す図である。 図１４は、本開示の第６の実施形態の例示的半導体装置を模式的に示す平面図である。 図１５は、図１４の半導体態装置のＸＶ−ＸＶ’線による断面を模式的に示す図である。 図１６は、本開示の第７の実施形態の例示的半導体装置を模式的に示す平面図である。 図１７は、図１６の半導体態装置のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ’線による断面を模式的に示す図である。 図１８は、本開示の第８の実施形態の例示的半導体装置を模式的に示す平面図である。 図１９は、図１８の半導体態装置のＸＩＸ−ＸＩＸ’線による断面を模式的に示す図である。
（第１の実施形態）
以下、本開示の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本実施形態の例示的半導体装置１０を模式的に示す平面図であり、図２は図１におけるＩＩ−ＩＩ’線における断面図である。但し図を見やすくするために、一部構成要素については省略、輪郭のみを図示する等を行っている（図４以降についても同様である）。
図２に示す通り、半導体装置１０は、基板１を用いて構成されている。基板１上には、トランジスタ等の素子が形成されている（図示せず）。
基板１上には無機系の第１の絶縁膜１１が形成され、その更に上には有機系の保護膜として第２の絶縁膜８が形成されている。
第１の絶縁膜１１中に埋め込まれるように、大面積の第１の配線層５が形成されている。第１の絶縁膜１１上に、第２の絶縁膜８に覆われた銅（Ｃｕ）からなる再配線７が形成されている。第１の配線層５及び再配線７は、これらの間に配置された複数の第１のコンタクト６を含む第１の接続部によって電気的に接続されている。第２の絶縁膜８は、再配線７の一部を露出させる開口部９を有しており、当該開口部９に設けられた外部接続電極１２を備える第２の接続部によって再配線７が外部と電気的に接続される。例えば、開口部９に外部接続電極１２として半田バンプを形成する、ワイヤボンディングを行う等である。
第１の配線層５の下方を含む領域には、ライン状の複数の第２の配線層３が形成されている。複数の第２の配線層３の一部は、第２のコンタクト４によって第１の配線層５に接続され、電気信号の伝達に用いられる信号配線となっている。その他の第２の配線層３は、電気信号の伝達には用いられないダミー配線となっている。図１及び２の例では、信号配線とダミー配線とは交互に配置されている。
本実施形態では、再配線７は第１の配線層５の上方から、第１の配線層５及び第２の配線層３が形成されていない領域の上方にまで伸びている。また、第２の接続部（外部接続電極１２）は、第１の接続部（複数の第１のコンタクト６）の上方を避けて配置されている。
また、第１の接続部の下方を避けた領域に、第１の配線層５よりも下層において、ドット状の第３の配線層２がアレイ状に配置されている。ここで、ライン状の第２の配線層３は、複数の第３の配線層２の上方にまたがって形成されている。
第１の配線層５は、少なくとも第１の接続部よりも広い（複数の第１のコンタクト６が形成された領域よりも広い）面積を有する大面積の配線層であり、この例では長方形の平面視形状を有している。ライン状の第２の配線層３は、第１の配線層５の長辺方向に伸びるように配置されている。
Ｃｕからなる再配線７は、第１の配線層５と接続される第１の領域（第１の接続部が設けられる領域）と、外部との接続が行われる第２の領域（第２の接続部が設けられる領域）と、これら２つの領域を接続する引き出し部とを有する。第１の領域、引き出し部、第２の領域は、長方形状の第１の配線層５の長辺方向に対して垂直に配置されている。
以上のような本実施形態の半導体装置１０の特徴の１つは、第１の配線層５と再配線７とを接続する第１の接続部を、ドット状である複数の第１のコンタクト６を含む構成としたことである。第１のコンタクト６はアレイ状に配置されており、それぞれの第１のコンタクト６の間には無機系の第１の絶縁膜１１が存在する。この結果、大面積の再配線７内に発生する応力は第１の接続部において分散されるので、第１の接続部よりも下層の第１の配線層５、第１の絶縁膜１１等にかかることが無くなるか、又は、かかるとしても小さくなる。従って、下層に形成された配線、絶縁膜、素子（例えばトランジスタ）等にかかる再配線７からの応力を緩和することができ、当該応力に起因した半導体装置の動作不良、破壊等を抑制することができる。
仮に、第１の配線層５と再配線７とが１つの面積が大きいコンタクトによって接続されていた場合、本実施形態とは異なり応力の緩和が起こらないので、当該応力により半導体装置の動作不良、破壊等が生じやすい。
更に、後述する通り、各第１のコンタクト６の幅を再配線７の膜厚の３倍以下とすることにより、各第１のコンタクト６にかかる応力を低減することもできる。ここで、第１のコンタクト６の幅とは、基板１の主面方向の寸法であり、特に、第１のコンタクト６の平面視形状が四角形であれば短辺の長さ、円形であれば直径を意味する。
尚、第１の配線層５と再配線７とが第１のコンタクト６により接続される第１の接続部（言い換えると、平面視において、第１の配線層５と再配線７とがほぼ重なる領域）の下方には、第３の配線層２は形成されていない。ここで、第１の配線層５、第２の配線層３及び第３の配線層２は、アルミニウム、銅等からなるメタル配線である。また、各配線層の膜厚は例えば１μｍ程度であり、配線層同士に上下から挟まれた部分の第１の絶縁膜１１の厚さについても例えば１μｍ程度である。
また、第１の配線層５と再配線７との間に設けられている第１の絶縁膜１１により再配線７の応力は低減されるが、これが無機膜である場合、有機膜である場合に比べて応力を緩和する効果は低い。従って、第１の絶縁膜１１が無機膜である場合に、本実施形態のように複数の第１のコンタクト６により第１の接続部を構成することによる応力緩和の効果は顕著になる。
また、第１の接続部におけるコンタクトの総面積は、平面視において第１の配線層５と再配線７とが重なる領域の面積に対して２５％程度である。このように、コンタクトの面積率を小さくした方が、再配線７から下地にかかる圧縮応力は小さくなる。
次に、図３に、第１の接続部に含まれる各第１のコンタクト６のサイズと、応力との関係を示す。図３では、各第１のコンタクト６の幅（平面視にてコンタクトが方形の場合は短辺の長さ、円形の場合は直径）の再配線７の膜厚に対する比を横軸、第１の接続部の下方における応力の大きさを縦軸としている。図３に示すとおり、横軸の値が小さいほど応力は小さくなっており、且つ、横軸の値が３以下の領域において応力は一定値に近づいている。従って、横軸の値が３以下となるようにする（つまり、第１のコンタクト６の幅を、再配線７の厚さの３倍以下とする）ことにより、応力を緩和することができる。この関係は、特に、再配線７の厚さが１μｍ以上の場合に明確に成り立っている。
例えば、再配線７の厚さを１０μｍ、第１のコンタクト６の幅を５μｍとすると、比は１／２であり、このような場合に応力は小さくなる。
次に、半導体装置１０の製造方法について、図４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。ここでは、セミアディティブ法を示す。
まず、図４（ａ）に示す構造を形成する。つまり、トランジスタ等の素子（図示省略）を形成した基板１上に、無機系の第１の絶縁膜１１、当該第１の絶縁膜１１内にアレイ状に配置されたドット状の第３の配線層２、第３の配線層２と第２の配線層３とを接続するコンタクト（図示省略）、複数の第３の配線層２の上方にまたがって配置されるライン状の第２の配線層３、第２の配線層３と第１の配線層５とを接続する第２のコンタクト４、複数の第２の配線層３の上方にまたがって配置された大面積の第１の配線層５を、通常の配線形成技術を用いて順次形成する。
ここで、各配線層は、例えばアルミニウム配線又は銅配線とする。また、無機系の第１の絶縁膜１１は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等からなる積層膜である。
アルミニウム配線の場合、まず、シリコン酸化膜等の絶縁膜上にアルミニウム配線形成用膜を形成した後に、アルミニウム配線形成用膜に対してドライエッチングを行ってアルミニウム配線を形成する。次に、形成したアルミニウム配線を絶縁膜によって覆い、その絶縁膜中にアルミニウム配線に接続するコンタクトを形成する工程を行なう。この工程を繰り返すことによりアルミニウム配線を形成する。
また、銅配線の場合、シングルダマシン法やデュアルダマシン法を用いて銅配線を形成する。更に、アルミニウム配線、銅配線を組み合わせて形成してもよい。
第１の配線層５上を覆う部分の第１の絶縁膜１１まで形成した後、第１の配線層５の上面の一部を露出させるように第１の絶縁膜１１を部分的に除去し、第１のコンタクト６を形成するための複数のコンタクト開口部６ａを形成する。各コンタクト開口部６ａは略長方形又は略正方形であり、その寸法（略長方形の場合は短辺、略正方形の場合は一辺の長さ）は例えば３〜３０μｍである。
次に、図４（ｂ）に示す工程を行う。まず、コンタクト開口部６ａの底面及び側面を含む第１の絶縁膜１１の上面全体に、シード層１３を形成する。具体的には、膜厚約２００ｎｍのチタン（Ｔｉ）膜を形成した後、その上に膜厚約２００ｎｍの銅（Ｃｕ）膜を積層して形成し、２層構造のシード層１３とする。続いて、一般的なリソグラフィ法を用いて、Ｃｕメッキを行う部分（再配線７の平面視形状）を開口させたレジストパターン１４を形成する。
次に、図４（ｃ）に示す工程を行う。ここでは、シード層１３に電界を掛けてＣｕによる電界メッキを行い、レジストパターン１４が形成されていない部分のシード層１３上に、銅の層を形成する。これにより、第１の配線層５に接続する第１のコンタクト６と、再配線７とが形成される。Ｃｕメッキの後、再配線７上には、必要に応じてＮｉ膜等をバリア性向上等の目的のために成長させても良い。特に、半導体装置１０を高耐圧デバイスとする場合、高電界における信頼性向上のために、Ｎｉ膜等を形成してバリア性を向上させた方が好ましい。尚、ここでは、再配線７の膜厚を５〜１０μｍ程度とする。
次に、図５（ａ）に示すように、レジストパターンを除去して銅層によって覆われていない部分のシード層１３を露出させる。
次に、図５（ｂ）に示すように、第１の絶縁膜１１上における銅層に覆われていない部分のシード層１３（Ｃｕ及びＴｉ）をエッチングにより除去し、再配線７の形成を完了する。
次に、図５（ｃ）において、例えば感光性材料であるポリベンズオキサゾール（ＰＢＯ）からなる有機系の第２の絶縁膜８を塗布形成する。第２の絶縁膜８の膜厚は約１０μｍである。更に、露光及び現像を行って、再配線７に接続する第３の接続部となる外部接続電極１２を形成するための開口部９を形成する。
更に、開口部９に、例えば半田ボールからなる外部接続電極１２を形成し、半導体装置１０の外部との接続部とする。これにより、ＷＬＣＳＰ構造が完成する。尚、図５（ｃ）は図２に対応する図であるが、図２において、シード層１３の図示は省略されている。
更に、第２の絶縁膜８の上に、樹脂材料からなる膜を形成しても良い。
配線部がある場合に、このようにして保護膜を形成することにより、配線部を保護できる。当該配線部に樹脂材料を用いると、塗布により形成することから、厚さが厚いＣｕ配線に対して容易に塗布することができ、平坦性も確保できるという利点がある。また、Ｃｕ配線の収縮に対しても、樹脂材料からなる膜は割れの発生等無しに形成できるという利点がある。
但し、これは必須では無く、樹脂材料からなる膜を省略することによって、より簡単な構造にてＷＬＣＳＰ構造を構成できる。従って、目的、必要な性能等に応じて樹脂材料からなる膜の有無を決定すれば良い。
以上のように、第１の接続部における第１のコンタクト６を形成するためのマスクパターンを、大きな開口部を形成する従来のパターンから、複数の相対的に小さな開口部を形成するパターンに変更することにより、本実施形態の半導体装置１０を製造することができる。従って、半導体装置の製造工程を増加させることなしに、再配線７による応力が緩和され、信頼性の向上した半導体装置１０を製造することができる。
（第２の実施形態）
以下、本開示の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図６は本実施形態の例示的半導体装置１０ａを模式的に示す平面図であり、図７は図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ’線における断面図である。尚、第１の実施形態の半導体装置１０と共通する構成要素については同じ符号を用いており、以下では主に相違点を説明する。
本実施形態の半導体装置１０ａにおいて、再配線７と外部とを接続するための開口部９及び外部接続電極１２は、第２の配線層３の形成領域と第１の配線層５の形成領域とが平面視において重なる領域の上方に形成されている。言い換えると、再配線７と第１の配線層５とを接続する第１の接続部を構成する第１のコンタクト６の上方の領域において、有機系の第２の絶縁膜８に開口部９が形成され、ここに外部接続電極１２が形成されている。更に言い換えると、第１の配線層５と及び再配線７とが接続される第１の接続部と、再配線７と外部とが接続される第２の接続部とが、平面視において重なった構造である。
第１の実施形態では、再配線７は、第１の領域（第１の接続部が設けられる領域）と、外部との接続が行われる第２の領域（第２の接続部が設けられる領域）と、これら２つの領域を接続する引き出し部とを有する。本実施形態の場合、再配線７はこのような構成を備えていない。
本実施形態の構造の場合、開口部９に外部接続電極１２を形成するために半田ボール等を用いるので、外部接続電極１２を形成する際の熱印加時の応力も下層の各配線、絶縁膜、素子等にかかる。
これに対し、外部接続電極１２の下方に位置する第１の接続部を、小さな複数の第１のコンタクト６を含む構成とすることにより、前記応力を緩和することができる。
仮に、このような応力の緩和が無い場合、再配線７及び外部接続電極１２に起因する応力の影響を避けるために、再配線７及び外部接続電極１２の下方には素子を配置しないようにする等の設計制約が必要になる場合がある。一方、前記の通り本実施形態の半導体装置において再配線７及び外部接続電極１２に起因する応力は緩和されているので、半導体装置の設計の自由度が向上し、ひいてはチップサイズの縮小等の効果が実現する。
（第３の実施形態）
以下、本開示の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図８は本実施形態の例示的半導体装置１０ｂを模式的に示す平面図であり、図９は図８におけるＩＸ−ＩＸ’線における断面図である。尚、第１の実施形態の半導体装置１０と共通する構成要素については同じ符号を用いており、以下では主に相違点を説明する。
第１の実施形態の半導体装置１０の場合、第３の配線層２は、第１の接続部（第１のコンタクト６が形成された領域）の下方には形成されていない。これに対し、本実施形態の半導体装置１０ｂの場合、第１の接続部の下方にも、その他の領域と同様に第３の配線層２が形成されている。ここで、本実施形態において、第３の配線層２を含む第１の絶縁膜１１の厚さ、及び、第３の配線層２の上面から第２の配線層３の下面までの距離は、第１の実施形態の場合よりも大きくなっている。
尚、第１の接続部の下方に配置される第３の配線層２は、電気信号の伝達等に用いられないダミー配線であっても良い。
このように、第１の接続部の下方にも第３の配線層２を配置することにより、第１の接続部の下方において全体的な膜厚を大きくすることができる（配線層を含む絶縁層の膜厚を確保できる）。更に、再配線７全体の下方において同様に第３の配線層２が配置されていることになるので、再配線７の下地の平坦性が向上する。これにより、応力の集中を避け、下地にかかる応力を緩和することができる。具体的に、再配線７及び各配線と第１の絶縁膜１１との間におけるクラック等の発生を抑制することができる。
尚、本実施形態は、第２の実施形態と組み合わせてもよい。つまり、第１のコンタクト６が形成された領域の上方に、外部接続電極１２が配置された構造とすることも可能である。
（第４の実施形態）
以下、本開示の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。図１０は本実施形態の例示的半導体装置１０ｃを模式的に示す平面図であり、図１１は図１０におけるＸＩ−ＸＩ’線における断面図である。尚、第３の実施形態の半導体装置１０ｂと共通する構成要素については同じ符号を用いており、以下では主に相違点を説明する。
第１〜第３の実施形態の半導体装置において、第１の接続部を構成する複数の第１のコンタクト６は、アレイ状に配置されたドット状のコンタクトであった。これに対し、本実施形態の半導体装置１０ｃにおいて、第１のコンタクト６はライン形状であり、第２の配線層３と同じ方向に複数並んで配置されている。第１のコンタクト６が伸びる方向は、再配線７の引き出し方向に垂直となっている。
ここで、各第１のコンタクト６の短辺方向の長さを、再配線７の厚さの３倍以下とすることにより、第１の接続部の下方に形成された配線、絶縁膜等にかかる応力を低減することができる。
また、ライン形状の第１のコンタクト６を、再配線７の引き出し方向に垂直に伸びるようにすることにより、再配線７の収縮方向についての応力を緩和することができる。
図１０及び図１１に示す例では、第１の接続部（第１のコンタクト６が配置された領域）の面積は、第１の実施形態の半導体装置１０と同程度である。しかしながら、第１のコンタクト６をライン形状とした方が、ドット状とする場合に比べて、同程度の導電性（コンタクト自体の面積の合計）を確保しながら、第１の接続部（コンタクトが配置された領域）の面積を小さくすることができる場合もある。
尚、本実施形態は、第１の実施形態のように第１の接続部の下方には第３の配線層２を配置しない構成としても良いし、第２の実施形態のように第１の接続部の上方に第２の接続部が配置される構成としても良い。
（第５の実施形態）
以下、本開示の第５の実施形態について、図面を参照して説明する。図１２は本実施形態の例示的半導体装置１０ｄを模式的に示す平面図であり、図１３は図１２におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ’線における断面図である。尚、第３の実施形態の半導体装置１０ｂと共通する構成要素については同じ符号を用いており、以下では主に相違点を説明する。
第３の実施形態において、第１の配線層５と再配線７とを接続する第１のコンタクト６は、ドット形状であり且つアレイ状に配置したものであった。
これに対し、本実施形態では、平面視において再配線７と第１の配線層５とが重複する領域において、その周縁部に、略円を描くようにドット状の第１のコンタクト６を配置している。このようにすると、アレイ状の配置に比べて、第１のコンタクト６同士の距離を離すことができる。これにより、第１のコンタクト６の間に存在する第１の絶縁膜１１が多くなり、応力緩和の効果が大きくなる。また、再配線７と第１の配線層５との電気的接続のためには、特に、第１の接続部の周縁部分に第１のコンタクト６が配置されていることが望ましい。つまり、同じ大きさで且つ同じ数のコンタクトを均一に（例えばアレイ状に）配置するよりも、同じ領域の周縁部に配置する方が電流を流すためには有利である。従って、本実施形態のようにすると、電気的接続及び応力緩和のいずれについても有利である。
尚、第１のコンタクト６を略円状に配置すると説明したが、接続のための領域の周縁部に並ぶように配置しているのであれば、例えば長方形に並べるのであっても良い。
尚、本実施形態は、第１の実施形態のように第１の接続部の下方には第３の配線層２を配置しない構成としても良いし、第２の実施形態のように第１の接続部の上方に第２の接続部が配置される構成としても良い。
（第６の実施形態）
以下、本開示の第６の実施形態について、図面を参照して説明する。図１４は本実施形態の例示的半導体装置１０ｅを模式的に示す平面図であり、図１５は図１４におけるＸＶ−ＸＶ’線における断面図である。尚、第３の実施形態の半導体装置１０ｂと共通する構成要素については同じ符号を用いており、以下では主に相違点を説明する。
第３の実施形態では、再配線７と第１の配線層５とが接続される第１の領域と、再配線７を外部に接続するための外部接続電極１２が設けられる第２の領域との間の引き出し部は、一本の幅の広い配線として形成されている。
これに対し、本実施形態の場合、再配線７の引き出し部に、引き出し部が伸びる方向と平行なスリット２０が設けられている。このことにより、再配線７における収縮応力を分散することができ、下層における応力を緩和することができる。ここで、図１４では引き出し部の中央に１つのスリット２０を設けているが、これには限らず、引き出し部の伸びる方向と平行に複数のスリットを形成しても良い。
尚、本実施形態は、他の実施形態と組み合わせることも可能である。つまり、第１の接続部の下方には第３の配線層２を配置しない構成（第１の実施形態）、第１のコンタクト６をライン形状とする構成（第４の実施形態）、第１のコンタクト６を接続領域の周縁部に配置する構成（第５の実施形態）等とすることもできる。
（第７の実施形態）
以下、本開示の第７の実施形態について、図面を参照して説明する。図１６は本実施形態の例示的半導体装置１０を模式的に示す平面図であり、図１７は図１６におけるＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ’線における断面図である。尚、第３の実施形態の半導体装置１０ｂと共通する構成要素については同じ符号を用いており、以下では主に相違点を説明する。
第３の実施形態では、再配線７が第１の配線層５と接続する第１の領域において、再配線７は、分岐、スリット等の無い形状である。これに対し、本実施形態では、第１の領域における再配線７は、第２の領域とは反対側にて複数に枝分かれした構造を有する。より具体的には、第１の接続部において再配線７が２つに分岐しており、それぞれが第１のコンタクト６によって第１の配線層５と接続されている。尚、再配線７は、三つ以上に分岐していても構わない。
このように再配線７が分岐していることにより、再配線７における収縮応力を分散することができ、下層における応力を緩和することができる。
尚、本実施形態は、他の実施形態と組み合わせることも可能である。例えば、第１の接続部の下方には第３の配線層２を配置しない構成（第１の実施形態）、第１のコンタクト６をライン形状とする構成（第４の実施形態）、第１のコンタクト６を接続領域の周縁部に配置する構成（第５の実施形態）等とすることもできる。更に、再配線７の引き出し部にスリットを設ける構成（第６の実施形態）を採用することもできる。
（第８の実施形態）
以下、本開示の第８の実施形態について、図面を参照して説明する。図１８は本実施形態の例示的半導体装置１０ｇを模式的に示す平面図であり、図１９は図１８におけるＸＩＸ−ＸＩＸ’線における断面図である。尚、第３の実施形態の半導体装置１０ｂと共通する構成要素については同じ符号を用いており、以下では主に相違点を説明する。
本実施形態の半導体装置１０ｇは、第２の接続部（外部接続電極１２）の下方において、第１の配線層５及び第２の配線層３とそれぞれ同一の層に、第４の配線層２１及び第５の配線層２２を有する。
第４の配線層２１は、少なくとも開口部９よりも広い面積を有する方形のダミー配線である。また、第５の配線層２２は、少なくとも開口部９よりも広い面積にわたって配置された複数のライン状のダミー配線である。
このように第４の配線層２１及び第５の配線層２２を設けることにより、第２の接続部の下方における応力、更にはその周辺における応力も緩和できる。例えば、第１の接続部の第１のコンタクト６の下方における応力を緩和できる。この結果、例えば、開口部９の下方において第３の配線層２と第１の絶縁膜１１とにおけるクラック、剥がれ等が発生しにくくなり、第１のコンタクト６の下方における応力の影響も低減できる。
尚、本実施形態は、他の実施形態と組み合わせることも可能である。例えば、第１の接続部の下方には第３の配線層２を配置しない構成（第１の実施形態）、第１のコンタクト６をライン形状とする構成（第４の実施形態）、第１のコンタクト６を接続領域の周縁部に配置する構成（第５の実施形態）等とすることもできる。更に、再配線７の引き出し部にスリットを設ける構成（第６の実施形態）、再配線７が分岐している構成（第７の実施形態）を採用することもできる。
本開示の半導体装置は、ＷＬＣＳＰの再配線を用いたデバイスにおいて応力を緩和し高信頼性を有するので、各種の半導体装置、例えばアナログデバイス等の小型化及び大電流駆動が要望されるデバイス等にも有用である。
１ 基板
２ 第３の配線層
３ 第２の配線層
４ 第２のコンタクト
５ 第１の配線層
６ 第１のコンタクト
６ａ コンタクト開口部
７ 再配線
８ 第２の絶縁膜
９ 開口部
１０ 半導体装置
１０ａ 半導体装置
１０ｂ 半導体装置
１０ｃ 半導体装置
１０ｄ 半導体装置
１０ｅ 半導体装置
１０ｇ 半導体装置
１１ 第１の絶縁膜
１２ 外部接続電極
１３ シード層
１４ レジストパターン
２０ スリット
２１ 第４の配線層
２２ 第５の配線層

Claims (19)

  1. 半導体基板上に設けられた第１の絶縁膜と、
    前記第１の絶縁膜中に形成された第１の配線と、
    前記第１の絶縁膜上に形成され、銅を含む再配線と、
    前記再配線上に形成された第２の絶縁膜と、
    前記第１の絶縁膜中に形成され、前記第１の配線と前記再配線とを接続する第１の接続部と、
    前記第２の絶縁膜を貫通して前記再配線に達する第２の接続部とを備え、
    前記第１の接続部は、複数の第１のコンタクトを含み、
    前記第１のコンタクトにおける前記半導体基板の主面方向の寸法は、前記再配線の膜厚に依存する所定の値以下であることを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項１において、
    前記所定の値は、前記再配線の膜厚の三倍であることを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項１又は２において、
    前記複数の第１のコンタクトは、ドット状であることを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項３において、
    前記複数の第１のコンタクトは、前記第１の接続部の周縁部に配置されていることを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか一つにおいて、
    前記第２の接続部は、前記第１の接続部の上方を避けて前記再配線上に形成され、
    平面視において前記第１の接続部と前記第２の接続部との間の領域において、前記再配線にスリットが設けられていることを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか一つにおいて、
    前記第２の接続部は、前記第１の接続部の上方を避けて前記再配線上に形成され、
    前記第１の接続部が形成された領域の上方において、前記再配線は複数に分岐した形状を有することを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項３において、
    前記複数の第１のコンタクトは、アレイ状に配置されていることを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項１又は２において、
    前記複数の第１のコンタクトは、ライン形状であることを特徴とする半導体装置。
  9. 請求項１〜８のいずれか一つにおいて、
    前記第１の接続部が形成された領域における前記第１の配線の下方に、複数の第２の配線が形成されていることを特徴とする半導体装置。
  10. 請求項９において、
    前記複数の第２の配線は、電気的な接続に用いられる信号配線と、ダミー配線とを含むことを特徴とする半導体装置。
  11. 請求項９又は１０において、
    前記第２の配線よりも下層において、前記第１の接続部の下方の領域及びそれ以外の領域にわたって同一層に、複数の第３の配線が形成されていることを特徴とする半導体装置。
  12. 請求項１〜１１のいずれか一つにおいて、
    前記第２の接続部が形成された領域の下方において、前記第１の配線と同一の層に、第４の配線が形成されていることを特徴とする半導体装置。
  13. 請求項９又は１０において、
    前記第２の接続部が形成された領域の下方において、前記第２の配線と同一の層に、第５の配線が形成されていることを特徴とする半導体装置。
  14. 請求項１〜４のいずれか一つにおいて、
    平面視において、前記第１の接続部と前記第２の接続部とは重複する部分を有することを特徴とする半導体装置。
  15. 請求項１〜１４のいずれか一つにおいて、
    前記第１の絶縁膜は、無機膜であることを特徴とする半導体装置。
  16. 請求項１〜１５のいずれか一つにおいて、
    前記複数の第１のコンタクトと前記第１の絶縁膜との境界部、及び、前記再配線と前記第１の絶縁膜との境界部には、シード層が形成されていることを特徴とする半導体装置。
  17. 請求項１６において、
    前記シード層は、前記複数の第１のコンタクトと前記再配線との接続部には形成されていないことを特徴とする半導体装置。
  18. 請求項１〜１７のいずれか一つにおいて、
    前記第２の絶縁膜上に、樹脂材料からなる層は形成されていないことを特徴とする半導体装置。
  19. 請求項１〜１８のいずれか一つにおいて、
    前記第２の接続部は、半田を含む材料により形成された接続端子であることを特徴とする半導体装置。
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