JP2016213254A - Wiring structure and manufacturing method thereof, and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、配線構造及びその製造方法、並びに半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a wiring structure, a manufacturing method thereof, and a semiconductor device.
近年では、電子機器に対する小型化、高性能化等の要求に伴い、半導体チップの微細化及び多端子化と共に、半導体チップを搭載する回路基板の微細化及び多層化、更には、回路基板上での電子部品の高密度実装化が進められている。このような微細化等の要請を実現する技術として、いわゆる2.1D−ICや2.5D−ICと呼ばれる高集積技術が注目されている。このような技術では、複数のLSIチップや異種デバイスチップを、配線構造であるインターポーザを介してプリント基板上に平面集積して半導体装置が構成される。 In recent years, along with demands for downsizing and high performance of electronic devices, along with miniaturization and multi-terminals of semiconductor chips, miniaturization and multilayering of circuit boards on which semiconductor chips are mounted, and further on circuit boards High-density mounting of electronic components is underway. As a technique for realizing such a demand for miniaturization, a high integration technique called a so-called 2.1D-IC or 2.5D-IC has attracted attention. In such a technique, a semiconductor device is configured by planarly integrating a plurality of LSI chips and different kinds of device chips on a printed circuit board via an interposer that is a wiring structure.
一般的に、インターポーザの配線層は、セミアディティブ法(Semi Additive Process:SAP)により形成される。SAPにより形成された配線層は、例えば図1に示すように、銅(Cu)を含有する配線(Cu配線)101を樹脂102で埋め込むように形成される。Cu配線101の下面と樹脂102との間には、TiやTa等のバリア層103が形成される。
In general, the wiring layer of the interposer is formed by a semi-additive process (SAP). For example, as shown in FIG. 1, the wiring layer formed by SAP is formed so that wiring (Cu wiring) 101 containing copper (Cu) is embedded in a resin 102. A
Cu配線101は、その下面はバリア層103で樹脂102から保護されているが、側面及び上面が保護されておらず、樹脂102と直接的に接触している。そのため、樹脂102の吸湿水分及び樹脂102を透過する水分や酸素等により、Cu配線101の樹脂102との接触部分が酸化する。この接触部分の酸化により、配線形状が損なわれて実効面積が低下し、配線抵抗が著しく変化する等、配線信頼性の著しい低下を招来するという問題がある。
The lower surface of the
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡素な構成で、銅を含有する配線の酸化を防止し、使用を重ねても優れた配線機能を維持して配線の信頼性の向上を実現する配線構造及びその製造方法、並びに半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and prevents the oxidation of wiring containing copper with a simple configuration, maintains an excellent wiring function even after repeated use, and improves the reliability of the wiring. It is an object of the present invention to provide a wiring structure, a manufacturing method thereof, and a semiconductor device that realize improvement.
配線構造の一態様は、銅を含有する材料からなる配線及び前記配線の側面を覆う第1樹脂を有する第1層と、前記第1層の主面の前記第1樹脂と接触する、前記第1樹脂よりも低密度の第2樹脂を有する第2層と、前記配線と前記第2樹脂との間に形成された、銅よりも易酸化性であり不動態を形成する第3層とを含む。 In one aspect of the wiring structure, the first layer having a first resin that covers a wiring made of a material containing copper and a side surface of the wiring, and the first resin on the main surface of the first layer is in contact with the first resin. A second layer having a second resin having a lower density than one resin, and a third layer formed between the wiring and the second resin, which is more oxidizable than copper and forms a passive state. Including.
半導体装置の一態様は、基板と、複数の半導体チップと、前記基板と前記複数の半導体チップとの間に配されており、前記基板と前記複数の半導体チップとを電気的に接続する配線構造とを含み、前記配線構造は、銅を含有する材料からなる配線及び前記配線の側面を覆う第1樹脂を有する第1層と、前記第1層の主面と接触する、前記第1樹脂よりも低密度の第2樹脂を有する第2層と、前記配線と前記第2樹脂との間に形成された、銅よりも易酸化性であり不動態を形成する第3層とを含む。 One aspect of a semiconductor device includes a substrate, a plurality of semiconductor chips, and a wiring structure that is disposed between the substrate and the plurality of semiconductor chips and electrically connects the substrate and the plurality of semiconductor chips. The wiring structure includes a first layer having a first resin covering a wiring made of a material containing copper and a side surface of the wiring, and a first layer in contact with a main surface of the first layer. A second layer having a second resin with a low density, and a third layer formed between the wiring and the second resin, which is more oxidizable than copper and forms a passive state.
配線構造の製造方法の一態様は、銅を含有する材料からなる配線及び前記配線の側面を覆う第1樹脂を有する第1層を形成する工程と、前記第1層の主面の前記第1樹脂と接触する、前記第1樹脂よりも低密度の第2樹脂を有する第2層を形成する工程とを含み、前記配線と前記第2樹脂との間に、銅よりも易酸化性であり不動態を形成する第3層を形成する。 One aspect of a method for manufacturing a wiring structure includes a step of forming a first layer having a wiring made of a material containing copper and a first resin covering a side surface of the wiring, and the first layer on the main surface of the first layer. Forming a second layer having a second resin having a density lower than that of the first resin, which is in contact with the resin, and is more easily oxidizable than copper between the wiring and the second resin. A third layer is formed which forms a passivity.
上記の諸態様によれば、簡素な構成で、銅を含有する配線の酸化を防止し、使用を重ねても優れた配線機能を維持することができる信頼性の高い配線構造及び半導体装置が実現する。 According to the above aspects, a highly reliable wiring structure and semiconductor device capable of preventing oxidation of a wiring containing copper and maintaining an excellent wiring function even after repeated use are realized with a simple configuration. To do.
以下、配線構造及びその製造方法、及び配線構造を備えた半導体装置の具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態では先ず、配線構造の構成についてその製造方法と共に説明する。本実施形態による配線構造は、半導体装置のインターポーザである。図2〜図6は、本実施形態による配線構造の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
Hereinafter, specific embodiments of a wiring structure, a manufacturing method thereof, and a semiconductor device including the wiring structure will be described in detail with reference to the drawings.
In the present embodiment, first, the configuration of the wiring structure will be described together with its manufacturing method. The wiring structure according to the present embodiment is an interposer of a semiconductor device. 2 to 6 are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing method of the wiring structure according to the present embodiment in the order of steps.
先ず、図2(a)に示すように、第2樹脂11を形成する。
第2樹脂11は、後述する第1樹脂よりも密度の低い樹脂、又は多孔質の樹脂である。本実施形態では、第2樹脂11として、エポキシ系、フェノール系、又はポリイミド系の樹脂、若しくはこれらから選ばれた樹脂を多孔質化した有機系多孔質材料、多孔質シリカ等を用いる。ここでは、フェノール系樹脂を用いて例えば3μmの厚みに成膜する。以上により、第2樹脂11が形成される。第2樹脂11は、例えばX線回折法により測定した密度が後述する第1樹脂よりも低ければ特に限定されるものではない。
First, as shown in FIG. 2A, the
The
続いて、図2(b)に示すように、第2樹脂11に開口11aを形成する。
第2樹脂11が感光性樹脂であれば、露光現象を利用することにより、開口11aを形成することができる。第2樹脂11が感光性樹脂でない場合には、第2樹脂11上にレジストを塗布し、リソグラフィーにより所期の開口、例えば10μm径程度の開口を有するレジストマスクを形成する。このレジストマスクにより、第2樹脂11をCF4等のエッチングガスを用いてドライエッチングする。以上により、第2樹脂11に開口11aが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, an
If the
続いて、図2(c)に示すように、金属12を形成する。
詳細には、スパッタ法等により、所定の金属を、開口11aの内壁面を覆うように第2樹脂11上に例えば20nm程度〜200nm程度、ここでは30nm程度の厚みに堆積する。以上により、金属12が形成される。所定の金属が20nm程度よりも薄いと、十分な不動態が形成されずバリア性が発揮できない。200nm程度よりも厚いと、Cu配線を所期幅に形成することが困難となる。所定の金属は、Cuよりも易酸化性であって不動態を形成する金属であり、例えばNi,Sn,Al,Cr,Coのうちから選ばれた1種の金属である。Ni,Sn,Al,Cr,Coは、Cuよりも卑(易酸化性)なものであり、水環境で酸化物を形成し、その酸化物が安定した不動態となる金属である。所定の金属の代わりに、NiP,CoP,CoWPを材料としても良い。
Subsequently, a
Specifically, a predetermined metal is deposited on the
続いて、図2(d)に示すように、Cuシード膜13を形成する。
詳細には、スパッタ法等により、Cuを、開口11aの内壁面を金属12を介して覆うように金属12上に例えば30nm程度〜300nm程度、ここでは50nm程度の厚みに堆積する。以上により、Cuシード膜13が形成される。Cuシード膜13は、続く電解メッキにおける導通層として用いられる。
Subsequently, as shown in FIG. 2D, a
Specifically, Cu is deposited on the
続いて、図3(a)に示すように、レジスト14Aを塗布する。
詳細には、例えば液状感光性レジストを、Cuシード膜13上に3μm程度の厚みに塗布する。以上により、レジスト14Aが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 3A, a resist 14A is applied.
Specifically, for example, a liquid photosensitive resist is applied on the
続いて、図3(b)に示すように、レジストマスク14を形成する。
詳細には、レジスト14Aをリソグラフィーにより加工し、開口14a,14bを形成する。複数の開口14aは2μm程度の間隔で2μm径程度に、開口14bは開口11a上で例えば30μm径程度にそれぞれ形成される。以上により、開口14a,14bを有するレジストマスク14が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 3B, a resist
Specifically, the resist 14A is processed by lithography to form
続いて、図3(c)に示すように、Cu15を堆積する。
詳細には、硫酸酸性の硫酸銅メッキ液を用いて、電解メッキ法により、レジストマスク14の開口14a,14b内を埋め込むようにCu15を堆積する。Cu15は、例えば2μm程度の厚みに堆積される。
Subsequently, Cu15 is deposited as shown in FIG.
Specifically,
続いて、図4(a)に示すように、レジストマスク14を除去してCu配線16,17を形成する。
詳細には、アセトン又はNMP等の薬液を用いてレジストマスク14をウェット処理し、除去する。以上により、残存するCu15からCu配線16,17が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 4A, the resist
Specifically, the resist
続いて、図4(b)に示すように、不要なCuシード膜13を除去する。
詳細には、Cuシード膜13のCu配線16,17間及び隣り合うCu配線17間で露出する部分を、硫酸カリウム又は硫酸過水等の薬液を用いてウェット処理し、除去する。これにより、Cu配線16,17が個々に分離される。なお、Cuシード膜13はCu15と同質であるため、図4(b)以降では、Cuシード膜13の図示を省略する。
Subsequently, as shown in FIG. 4B, the unnecessary
Specifically, the portions of the
続いて、図4(c)に示すように、不要な金属12を除去して金属層18を形成する。
詳細には、金属12のCu配線16,17間及び隣り合うCu配線17間で露出する部分を、CF4等のエッチングガスを用いたドライエッチングし、除去する。このドライエッチングの代わりに、塩酸又は硫酸を用いた水溶液系のウェットエッチングを行い、不要な金属12を除去するようにしても良い。金属12は、Cu配線16の下面及びCu配線17の下面(開口11aの内壁面を含む)のみに残存し、金属層18が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 4C, the
Specifically, the portions of the
続いて、図5(a)に示すように、第1樹脂19を形成する。
詳細には、例えばオレフィン系の樹脂を用い、第2樹脂11上のCu配線16,17を埋め込むように、当該樹脂を5μm程度に厚みに成膜する。以上により、第1樹脂19が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 5A, a
Specifically, for example, an olefin resin is used, and the resin is formed to a thickness of about 5 μm so that the Cu wirings 16 and 17 on the
第1樹脂19と第2樹脂11とは、第2樹脂11の方が第1樹脂19よりも低密度の樹脂であるという関係にある。第1樹脂19としては、オレフィン系の樹脂に替わって、エポキシ系又はフェノール系の樹脂を用いても良い。この場合には、第1樹脂19として第2樹脂11と硬化温度の異なる樹脂を用いることで、第2樹脂11よりも高い密度に成膜することができる。例えば、第1樹脂19及び第2樹脂11を同時に焼成する際に、第2樹脂11の方が第1樹脂19よりも硬化温度の高い樹脂を用い、第1樹脂19の硬化温度で焼成する。このとき、第1樹脂19は充分に硬化する一方で、第2樹脂11はその焼成が不完全となり硬化が進まず、第2樹脂11の密度が低下する。
The
続いて、図5(b)に示すように、第1樹脂19を表面研磨してCu配線16,17の表面を露出させる。
詳細には、化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)又は機械研削等により、第1樹脂19の表面をCu配線16,17の表面が露出するまで研磨(研削)する。CMPを行う場合には、シリカ又はアルミナ等の砥粒を含む水溶液をスラリとして使用する。
Subsequently, as shown in FIG. 5B, the surface of the Cu wirings 16 and 17 is exposed by polishing the surface of the
Specifically, the surface of the
続いて、図5(c)に示すように、Cu配線16,17の上面のみに金属層21を形成する。
金属層21を形成するための所定の金属は、金属層18と同様に、Cuよりも易酸化性であって不動態を形成する金属であり、例えばNi,Sn,Al,Cr,Coのうちから選ばれた1種の金属である。Ni,Sn,Al,Cr,Coは、Cuよりも卑(易酸化性)なものであり、水環境で酸化物を形成し、その酸化物が安定した不動態となる金属である。
Subsequently, as shown in FIG. 5C, the
The predetermined metal for forming the
所定の金属としてNi,Sn,又はCoを用いる場合には、無電解メッキ法を用いて、Cu配線16,17の上面に直接的に当該金属を20nm程度〜100nm程度の厚みに成膜する。
所定の金属としてAl又はCrを用いる場合には、スパッタ等により全面に当該金属を20nm程度〜100nm程度の厚みに成膜し、当該金属をリソグラフィー及びドライエッチングする。
以上により、Cu配線16,17の上面のみに金属層21が形成される。
When Ni, Sn, or Co is used as the predetermined metal, the metal is directly formed on the upper surfaces of the Cu wirings 16 and 17 to a thickness of about 20 nm to 100 nm using an electroless plating method.
When Al or Cr is used as the predetermined metal, the metal is formed to a thickness of about 20 nm to 100 nm by sputtering or the like, and the metal is subjected to lithography and dry etching.
As described above, the
続いて、図6(a)に示すように、第2樹脂22を形成する。
第2樹脂22は、第2樹脂11と同様に、第1樹脂19よりも密度の低い樹脂、又は多孔質の樹脂である。本実施形態では、第2樹脂22として、エポキシ系、フェノール系、又はポリイミド系の樹脂、若しくはこれらから選ばれた樹脂を多孔質化した有機系多孔質材料、多孔質シリカ等を用いる。ここでは、フェノール系樹脂を用いて例えば3μmの厚みに成膜する。以上により、金属層21を覆うように第1樹脂19上に第2樹脂22が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 6A, a
Similar to the
その後、図2(b)〜図4(c)の一連工程、又は図2(b)〜図5(c)の一連工程を行う。後者の状態を図6(b)に示す。図6(b)の場合には更に、図2(a)〜図4(c)の一連工程を行う。図6(b)の場合には、図2(b)〜図4(c)の一連工程を行うか、又は図2(a)〜図5(c)の一連工程を1回乃至複数回、適宜繰り返し行い、最後に図2(a)〜図4(c)の一連工程を行う場合もある。最上部のCu配線17のランド部が半導体チップ等と接続するための接続パッドとなる。
Thereafter, a series of steps shown in FIGS. 2B to 4C or a series of steps shown in FIGS. 2B to 5C are performed. The latter state is shown in FIG. In the case of FIG. 6B, the series of steps of FIGS. 2A to 4C are further performed. In the case of FIG. 6 (b), the series of steps of FIG. 2 (b) to FIG. 4 (c) are performed, or the series of steps of FIG. 2 (a) to FIG. In some cases, the process is repeated as appropriate, and finally the series of steps shown in FIGS. 2 (a) to 4 (c) is performed. The land portion of the
しかる後、最下部のCu配線17のビア部と接続されるように、プリント基板等と接続するための接続パッドを形成する。以上により、本実施形態によるインターポーザが形成される。
Thereafter, a connection pad for connecting to a printed circuit board or the like is formed so as to be connected to the via portion of the
本実施形態によるインターポーザを用いた半導体装置を図7に示す。この半導体装置は、プリント基板10と、半導体チップ20A,20Bとの間に、プリント基板10と半導体チップ20A,20Bとを電気的に接続するインターポーザ30が配されて構成されている。図7中、破線枠A内の部分が、図6(b)の構成に相当する。プリント基板10とインターポーザ30の裏面の接続パッド32とが、ハンダ等のバンプ42で接続される。インターポーザ30の表面には半導体チップ20A,20Bが並列して配されており、半導体チップ20A,20Bとインターポーザ30の表面の接続パッド31とが、ハンダ等のバンプ41で接続される。接続パッド31は、最上部のCu配線17のランド部とされている。
A semiconductor device using the interposer according to the present embodiment is shown in FIG. This semiconductor device includes an interposer 30 that electrically connects the printed circuit board 10 and the semiconductor chips 20A and 20B between the printed circuit board 10 and the semiconductor chips 20A and 20B. In FIG. 7, the portion inside the broken line frame A corresponds to the configuration of FIG. The printed circuit board 10 and the
本実施形態によるインターポーザは、第1層、第2層、及び第3層を備え、一組の第2層で第1層の主面(ここでは表面及び裏面)を挟持して構成されている。第1層は、Cu配線16及びCu配線17のランド部と、Cu配線16の側面及びCu配線17のランド部の側面を覆う第1樹脂19を有している。第2層は、Cu配線17のビア部と、このビア部の側面を覆う、第1樹脂19よりも低密度の第2樹脂11,22を有している。第3層は、Cuよりも易酸化性であって不動態を形成する金属層18,21であり、Cu配線16,17と第2樹脂11,22との間に配されている。
The interposer according to the present embodiment includes a first layer, a second layer, and a third layer, and is configured by sandwiching a main surface (front surface and back surface in this case) of the first layer with a set of second layers. . The first layer includes land portions of the
このインターポーザでは、第2樹脂は、第1樹脂よりも密度が低いために水分や酸素を多く含む。Cu配線及びCu配線のランド部を有する第1層は、その上下を湿気や酸素を多く含む第2樹脂を有する第2層に挟まれることになる。その結果、Cu配線は、その側面と上下面(の第3層)とが、含有する水分や酸素の濃度に違いのある第1樹脂と第2樹脂とにそれぞれ晒される。このインターポーザの使用を重ねてゆくと、Cu配線の上下面と側面とでは、水分や酸素の濃度差に起因して電位差が生じ、Cu配線の内部に電池回路が形成されることになる。それに伴い、Cu配線では第2樹脂と(の第3層で)接触する上下面で腐食が加速することで、第1樹脂と接触する側面では腐食が抑制される。Cu配線の上下面に第3層が存しないとすると、Cu配線の酸化・腐食が進行してしまうところ、第3層を配することにより不導態が形成され(水環境で安定な酸化物を形成する。)、Cu配線の酸化・腐食が停止する。第3層の金属をCuよりも卑な(酸化し易い)金属とすることにより、電池回路がより強調され、Cu配線の側面の腐食を更に抑えることができる。 In this interposer, since the second resin has a lower density than the first resin, it contains a lot of moisture and oxygen. The first layer having the Cu wiring and the land portion of the Cu wiring is sandwiched between the second layer having the second resin containing much moisture and oxygen. As a result, the side surface and the upper and lower surfaces (the third layer) of the Cu wiring are respectively exposed to the first resin and the second resin having different concentrations of moisture and oxygen contained therein. When this interposer is used repeatedly, a potential difference is generated between the upper and lower surfaces and side surfaces of the Cu wiring due to the difference in the concentration of moisture and oxygen, and a battery circuit is formed inside the Cu wiring. Accordingly, in the Cu wiring, the corrosion is accelerated on the upper and lower surfaces in contact with the second resin (in the third layer), so that the corrosion is suppressed on the side surface in contact with the first resin. If the third layer does not exist on the upper and lower surfaces of the Cu wiring, the Cu wiring is oxidized and corroded, and a non-conductive state is formed by arranging the third layer (an oxide stable in an aqueous environment). The oxidation / corrosion of the Cu wiring stops. By making the metal of the third layer base metal (easily oxidizable) than Cu, the battery circuit is more emphasized, and the corrosion of the side surface of the Cu wiring can be further suppressed.
以下、本実施形態によるインターポーザにおけるCu配線の腐食抑制の効果について、従来構造との比較に基づいて調べた実験結果について説明する。ここでは、櫛歯状のCu配線パターン40を形成し、図8に示すように結線して信頼性試験(Highly Accelerated temperature and humidity Stress Test:HAST試験)を行った。HAST試験は、130℃、85%RHの環境下で5Vの電圧を配線パターン40に印加して行った。リーク電流値が1.0×106A以上となるまでに要する時間を絶縁性低下発生時間と規定し、以下に示す各種の配線パターン40の絶縁性維持効果について調べた。 Hereinafter, the experimental results obtained by examining the effect of suppressing the corrosion of the Cu wiring in the interposer according to the present embodiment based on the comparison with the conventional structure will be described. Here, a comb-like Cu wiring pattern 40 was formed, connected as shown in FIG. 8, and a reliability test (Highly Accelerated temperature and humidity Stress Test: HAST test) was performed. The HAST test was performed by applying a voltage of 5 V to the wiring pattern 40 in an environment of 130 ° C. and 85% RH. The time required for the leakage current value to reach 1.0 × 10 6 A or more was defined as the insulation deterioration occurrence time, and the insulation maintenance effect of various wiring patterns 40 shown below was examined.
従来構造としては、図9(a)に示すように、第1樹脂19内に、下面にTiのバリア層41が形成されたCu配線16が埋め込まれた配線構造を配線パターン40として形成した。
実施例1としては、図9(b)に示すように、第1樹脂19内に、下面及び上面にNiの第3層18,21が形成されたCu配線16が埋め込まれた配線構造を配線パターン40として形成した。
実施例2としては、図9(c)に示すように、下面及び上面にNiの金属層18,21が形成されたCu配線16の側面を第1樹脂19で覆う第1層を、第2樹脂11,22で挟持してなる配線構造を配線パターン40として形成した。実施例2の配線構造は、本実施形態のインターポーザの主要構成に相当する。
実施例3としては、図9(d)に示すように、下面にTiのバリア層41が形成されたCu配線16の側面を第1樹脂19で覆う第1層を、第2層11,22で挟持してなる配線構造を配線パターン40として形成した。
実施例4としては、図9(e)に示すように、下面及び上面にNiの金属層18,21が形成されたCu配線16の側面を第2樹脂11で覆う第1層を、一組の第1樹脂19で挟持してなる配線構造を配線パターン40として形成した。実施例4の配線構造は、実施例2の配線構造で第1樹脂と第2樹脂とを入れ替えた構成に相当する。
As a conventional structure, as shown in FIG. 9A, a wiring structure in which a
As Example 1, as shown in FIG. 9B, a wiring structure in which
As Example 2, as shown in FIG. 9C, the first layer in which the side surfaces of the
As Example 3, as shown in FIG. 9D, the first layer covering the side surface of the
As Example 4, as shown in FIG. 9 (e), a set of a first layer covering the side surface of the
このHAST試験の結果を図10の表に示す。実施例1,3では、従来構造に比べて2倍程度以上の絶縁性維持効果が得られた。実施例2では、実施例1,3の2倍程度(従来構造の4倍程度程度)の絶縁性維持効果が得られた。本実施形態に相当する実施例2が最も優れた絶縁性維持効果を示すことが確認された。 The results of this HAST test are shown in the table of FIG. In Examples 1 and 3, the insulation maintaining effect about twice or more that of the conventional structure was obtained. In Example 2, the insulation maintaining effect about twice that of Examples 1 and 3 (about 4 times that of the conventional structure) was obtained. It was confirmed that Example 2 corresponding to this embodiment shows the most excellent insulating effect.
次に、実施例2の配線構造について、第3層である金属層の材料を変えて配線パターン40とし、上記と同様にHAST試験を行って絶縁性維持効果について調べた。金属層の材料としては、本実施形態で第3層の材料として挙げたNi,Sn,Al,Cr,Co,NiP,CoP,CoWPに加え、Cu,Zn,Fe,Au,Tiについても調べた。 Next, with respect to the wiring structure of Example 2, the material of the metal layer as the third layer was changed to form a wiring pattern 40, and a HAST test was conducted in the same manner as described above to examine the insulating effect. As the material of the metal layer, in addition to Ni, Sn, Al, Cr, Co, NiP, CoP, and CoWP mentioned as the material of the third layer in this embodiment, Cu, Zn, Fe, Au, and Ti were also examined. .
このHAST試験の結果を図11の表に示す。Cu,Zn,Fe,Au,Tiに比べて、Al,Crでは1.5〜2倍程度以上、Ni,Sn,Co,NiP,CoP,CoWPでは2倍程度以上の絶縁性維持効果が得られた。本実施形態の第3層に相当するNi,Sn,Al,Cr,Co,NiP,CoP,CoWPが最も優れた絶縁性維持効果を示すことが確認された。 The results of this HAST test are shown in the table of FIG. Compared to Cu, Zn, Fe, Au, and Ti, an insulation maintaining effect of about 1.5 to 2 times or more is obtained with Al and Cr, and about 2 or more times with Ni, Sn, Co, NiP, CoP, and CoWP. It was. It was confirmed that Ni, Sn, Al, Cr, Co, NiP, CoP, and CoWP corresponding to the third layer of this embodiment exhibit the most excellent insulating effect.
以上説明したように、本実施形態によれば、簡素な構成で、Cu配線の酸化を防止し、使用を重ねても優れた配線機能を維持することができる信頼性の高いインターポーザ及び半導体装置が実現する。 As described above, according to the present embodiment, a highly reliable interposer and semiconductor device that can prevent oxidation of Cu wiring and maintain excellent wiring function even after repeated use with a simple configuration. Realize.
なお、本実施形態では、上述した第1層〜第3層を備えたインターポーザについて開示したが、半導体装置の多層配線層に本実施形態を適用し、この多層配線層が第1層〜第3層を備えた構成とすることも可能である。 In the present embodiment, the above-described interposer including the first to third layers has been disclosed. However, the present embodiment is applied to a multilayer wiring layer of a semiconductor device, and the multilayer wiring layer includes the first to third layers. It is also possible to have a structure with layers.
以下、配線構造及びその製造方法、並びに半導体装置の諸態様について、付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the wiring structure, the manufacturing method thereof, and the semiconductor device will be collectively described as appendices.
(付記1)銅を含有する材料からなる配線及び前記配線の側面を覆う第1樹脂を有する第1層と、
前記第1層の主面の前記第1樹脂と接触する、前記第1樹脂よりも低密度の第2樹脂を有する第2層と、
前記配線と前記第2樹脂との間に形成された、銅よりも易酸化性であり不動態を形成する第3層と
を含むことを特徴とする配線構造。
(Additional remark 1) The 1st layer which has the 1st resin which covers the wiring which consists of material containing copper, and the side of the wiring,
A second layer having a second resin with a lower density than the first resin, which is in contact with the first resin on the main surface of the first layer;
A wiring structure comprising: a third layer formed between the wiring and the second resin, which is easier to oxidize than copper and forms a passive state.
(付記2)前記第2層は、前記第1層を挟持するように設けられていることを特徴とする付記1に記載の配線構造。 (Supplementary note 2) The wiring structure according to supplementary note 1, wherein the second layer is provided so as to sandwich the first layer.
(付記3)前記第2層は、側面を前記第2樹脂で覆われた前記配線のビア部を有することを特徴とする付記1又は2に記載の配線構造。 (Supplementary note 3) The wiring structure according to Supplementary note 1 or 2, wherein the second layer has a via portion of the wiring whose side surface is covered with the second resin.
(付記4)前記第3層は、Ni,Sn,Al,Cr,Co,NiP,CoP,CoWPのうちから選ばれた1種からなることを特徴とする付記1〜3のいずれか1項に記載の配線構造。 (Supplementary note 4) In any one of supplementary notes 1 to 3, the third layer is made of one selected from Ni, Sn, Al, Cr, Co, NiP, CoP, and CoWP. The wiring structure described.
(付記5)基板と、
複数の半導体チップと、
前記基板と前記複数の半導体チップとの間に配されており、前記基板と前記複数の半導体チップとを電気的に接続する配線構造と
を含み、
前記配線構造は、
銅を含有する材料からなる配線及び前記配線の側面を覆う第1樹脂を有する第1層と、
前記第1層の主面と接触する、前記第1樹脂よりも低密度の第2樹脂を有する第2層と、
前記配線と前記第2樹脂との間に形成された、銅よりも易酸化性であり不動態を形成する第3層と
を含むことを特徴とする半導体装置。
(Appendix 5) a substrate;
A plurality of semiconductor chips;
A wiring structure that is disposed between the substrate and the plurality of semiconductor chips, and that electrically connects the substrate and the plurality of semiconductor chips;
The wiring structure is
A first layer having a wiring made of a material containing copper and a first resin covering a side surface of the wiring;
A second layer having a second resin having a density lower than that of the first resin, which is in contact with the main surface of the first layer;
And a third layer formed between the wiring and the second resin, which is easier to oxidize than copper and forms a passive state.
(付記6)前記第2層は、前記第1層を挟持するように設けられていることを特徴とする付記5に記載の半導体装置。 (Additional remark 6) The said 2nd layer is provided so that the said 1st layer may be pinched | interposed, The semiconductor device of Additional remark 5 characterized by the above-mentioned.
(付記7)前記第2層は、側面を前記第2樹脂で覆われた前記配線のビア部を有することを特徴とする付記5又は6に記載の半導体装置。 (Supplementary note 7) The semiconductor device according to Supplementary note 5 or 6, wherein the second layer includes a via portion of the wiring whose side surface is covered with the second resin.
(付記8)前記第3層は、Ni,Sn,Al,Cr,Co,NiP,CoP,CoWPのうちから選ばれた1種からなることを特徴とする付記5〜7のいずれか1項に記載の半導体装置。 (Appendix 8) In any one of appendices 5 to 7, the third layer is made of one selected from Ni, Sn, Al, Cr, Co, NiP, CoP, and CoWP. The semiconductor device described.
(付記9)銅を含有する材料からなる配線及び前記配線の側面を覆う第1樹脂を有する第1層を形成する工程と、
前記第1層の主面の前記第1樹脂と接触する、前記第1樹脂よりも低密度の第2樹脂を有する第2層を形成する工程と
を含み、
前記配線と前記第2樹脂との間に、銅よりも易酸化性であり不動態を形成する第3層を形成することを特徴とする配線構造の製造方法。
(Additional remark 9) The process of forming the 1st layer which has the 1st resin which covers the wiring which consists of material containing copper, and the side of the wiring,
Forming a second layer having a second resin having a lower density than the first resin, which is in contact with the first resin on the main surface of the first layer.
A method for manufacturing a wiring structure, comprising: forming a third layer that is more oxidizable than copper and forms a passive state between the wiring and the second resin.
(付記10)前記第2層は、前記第1層を挟持するように設けられることを特徴とする付記9に記載の配線構造の製造方法。 (Additional remark 10) The said 2nd layer is provided so that the said 1st layer may be pinched | interposed, The manufacturing method of the wiring structure of Additional remark 9 characterized by the above-mentioned.
(付記11)前記第2層は、側面を前記第2樹脂で覆われた前記配線のビア部を有することを特徴とする付記9又は10に記載の配線構造の製造方法。 (Additional remark 11) The said 2nd layer has a via part of the said wiring with which the side surface was covered with the said 2nd resin, The manufacturing method of the wiring structure of Additional remark 9 or 10 characterized by the above-mentioned.
(付記12)前記第3層は、Ni,Sn,Al,Cr,Co,NiP,CoP,CoWPのうちから選ばれた1種からなることを特徴とする付記9〜11のいずれか1項に記載の配線構造の製造方法。 (Additional remark 12) Said 3rd layer consists of 1 type chosen from Ni, Sn, Al, Cr, Co, NiP, CoP, CoWP. Any one of Additional remarks 9-11 characterized by the above-mentioned. The manufacturing method of the wiring structure as described.
10 プリント基板
11,22 第2樹脂
11a,14a,22a 開口
12 金属
13 Cuシード層
14 レジストマスク
14A レジスト
15 Cu
16,17,101 Cu配線
18,21 金属層
19 第1樹脂
20A,20B 半導体チップ
30 インターポーザ
31,32 接続パッド
40 配線パターン
41,42 バンプ
102 樹脂
103 バリア層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Printed
16, 17, 101
Claims (8)
前記第1層の主面の前記第1樹脂と接触する、前記第1樹脂よりも低密度の第2樹脂を有する第2層と、
前記配線と前記第2樹脂との間に形成された、銅よりも易酸化性であり不動態を形成する第3層と
を含むことを特徴とする配線構造。 A first layer having a wiring made of a material containing copper and a first resin covering a side surface of the wiring;
A second layer having a second resin with a lower density than the first resin, which is in contact with the first resin on the main surface of the first layer;
A wiring structure comprising: a third layer formed between the wiring and the second resin, which is easier to oxidize than copper and forms a passive state.
複数の半導体チップと、
前記基板と前記複数の半導体チップとの間に配されており、前記基板と前記複数の半導体チップとを電気的に接続する配線構造と
を含み、
前記配線構造は、
銅を含有する材料からなる配線及び前記配線の側面を覆う第1樹脂を有する第1層と、
前記第1層の主面と接触する、前記第1樹脂よりも低密度の第2樹脂を有する第2層と、
前記配線と前記第2樹脂との間に形成された、銅よりも易酸化性であり不動態を形成する第3層と
を含むことを特徴とする半導体装置。 A substrate,
A plurality of semiconductor chips;
A wiring structure that is disposed between the substrate and the plurality of semiconductor chips, and that electrically connects the substrate and the plurality of semiconductor chips;
The wiring structure is
A first layer having a wiring made of a material containing copper and a first resin covering a side surface of the wiring;
A second layer having a second resin having a density lower than that of the first resin, which is in contact with the main surface of the first layer;
And a third layer formed between the wiring and the second resin, which is easier to oxidize than copper and forms a passive state.
前記第1層の主面の前記第1樹脂と接触する、前記第1樹脂よりも低密度の第2樹脂を有する第2層を形成する工程と
を含み、
前記配線と前記第2樹脂との間に、銅よりも易酸化性であり不動態を形成する第3層を形成することを特徴とする配線構造の製造方法。 Forming a first layer having a wiring made of a material containing copper and a first resin covering a side surface of the wiring;
Forming a second layer having a second resin having a lower density than the first resin, which is in contact with the first resin on the main surface of the first layer.
A method for manufacturing a wiring structure, comprising: forming a third layer that is more oxidizable than copper and forms a passive state between the wiring and the second resin.
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