JP2018129396A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、絶縁層に形成される貫通電極の不具合による半導体装置の故障を防ぐことを目的とする。
【解決手段】本発明の半導体装置２０は、半導体部材４と、該半導体部材４に電気的に接続される複数の導電性部材５を介して外部接続用導電性部材７に電気的に接続される半導体装置２０であって、貫通電極６を含み、前記貫通電極６が配置されている絶縁層の弾性率の値が１０〜４００００ＭＰａであって、拡張収縮法で測定した前記貫通電極６を有する絶縁層のバルクに対する水の接触角ヒステリシスの値が５〜９０度である。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置に関する。

近年、半導体装置は微細化、複雑化し様々な機能やデザインの装置が提案されている。半導体装置の構造が複雑化するなかで電気的信頼性を確保するために用いられる有機絶縁材料が活躍の場を広げている。半導体装置に用いられる絶縁材料の用途は封止材料、パッシベーション膜、層間絶縁膜、再配線層、平坦化膜、ゲート絶縁層、アンダーフィル、パッケージ基板材料、ダイアタッチ材料など多岐にわたる。

上下の電気配線を絶縁するために絶縁層が配置されるような構造を有する半導体装置においては、電気接続のために絶縁層を貫通する電極を配置する場合があるが、貫通電極の不具合によって装置の信頼性が低下してしまう恐れがある。
そこで貫通電極の信頼性を向上させるため様々な方策が試みられている。例えば特許文献１および２では貫通電極の形状の工夫や内壁へのコーティングが試され、特許文献３では貫通電極用の貫通孔へのプラズマ処理やデスミア処理が試されている。しかしながらこれら技術では余分なプロセスコストが発生してしまうなどの問題があり、必ずしも十分な方策とは言えなかった。

特開２０１５−８８６１８号公報 特開２０１６−１７５９号公報 特開２０１０−２５８４１５号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、絶縁層に形成される貫通電極の不具合による半導体装置の故障を防ぐことを目的とする。

すなわち本発明によれば、 半導体部材と、該半導体部材に電気的に接続される複数の導電性部材を介して外部接続用導電性部材に電気的に接続される半導体装置であって、第一絶縁層と、第一絶縁層より上部に位置し外部接続用の導電性部材と接している第二絶縁層と、第一絶縁層と第二絶縁層に挟まれた位置にあって前記半導体部材の上面、下面、側面のいずれかと接している第三絶縁層とを有し、前記半導体部材と電気的に接続される前記複数の導電性部材が、第二絶縁層に配置され前記外部接続用導電性部材に接続される貫通電極を含み、前記第二絶縁層を表面から１０ｎｍ削り取った削り出し面に対し、前記第二絶縁層を表面から１０ｎｍ〜１ｍｍの厚さ分削り取った削り出し面に対し、拡張収縮法を用いて測定した水の接触角ヒステリシスの値が５〜９０度であることを特徴とする半導体装置を提供される。

本発明によれば、絶縁層に形成される貫通電極に関わる不具合を抑制し高信頼性の半導体装置を提供することが可能となる。

本発明の半導体装置の例として示す外部接続用導電性配線を有する装置構造の概略断面図である。 本発明の半導体装置の例として示す外部接続用バンプ電極を有する装置構造の概略断面図である。 本発明の半導体装置の別の例として示す外部接続用導電性配線を有する装置構造の概略断面図である。 本発明の半導体装置の別の例として示す外部接続用バンプ電極を有する装置構造の概略断面図である。 本発明の半導体装置の例として示す外部接続用導電性配線および他の絶縁層を有する装置構造の概略断面図である。 本発明の半導体装置の例として示す外部接続用電極パッドおよび他の絶縁層を有する装置構造の概略断面図である。 本発明の半導体装置の別の例として示す外部接続用電極パッドおよび他の絶縁層を有する装置構造の概略断面図である。 本発明の半導体装置の例として示す外部接続用導電性配線を有するトランジスタ装置の概略断面図である。 本発明の半導体装置の別の例として示す外部接続用導電性配線を有するトランジスタ装置の概略断面図である。

以下本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、これら実施形態は例示であり、本発明がこの実施形態に限定されるものではない。本発明の請求範囲の構成を有し、同様の作用効果を奏するものは全て本発明の技術範囲に含まれる。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
［半導体部材］
本発明に使用する半導体部材は特に限定されるものではないが半導体材料、半導体チップ、半導体デバイス、半導体モジュールなどを使用できる。本実施形態の半導体装置では、図１〜図７で半導体チップを図８、図９で半導体材料をそれぞれ使用した構造例を示している。
半導体部材に使用する半導体の種類は特に限定されるものではないが、シリコン、ゲルマニウム、グラフェン、ダイヤモンド、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、炭化珪素、酸化ガリウム、酸化亜鉛、インジウム燐、ＩｎＧａＺｎＯ4（ＩＧＺＯ）などの無機半導体や、ペ
ンタセン、ルブレン、アントラセン、ペリレン、フタロシアニン、フラーレン、テトラシアノキノジメタン (TCNQ) 、ポリアセチレン、ポリ-3-ヘキシルチオフェン(P3HT)、ポリ
パラフェニレンビニレン(PPV)、ポリピロール、ポリアニリンなどの有機半導体を例示で
きる。これら半導体部材の形成方法は特に限定されないが、製造プロセスの必要に応じて半導体材料を適当な溶媒に溶解して用いることができる。
［導電性部材］
本発明において導電製部材は電極、導電性配線、電極パッドなどに使用される。本実施形態では第二絶縁層に配置される外部接続用の導電部材として、図１、図３、図８、図９に外部接続用導電性配線を、図６、図７に外部接続用電極パッドを、図２、図４、図５に外部接続用バンプ電極をそれぞれ例示した。また図６、図７には半導体装置における第二絶縁層の反対側の面にも外部接続用バンプ電極を有する装置構造を例示した。
本発明の半導体装置はここに例示したような外部接続用導電性部材を介して別の機能性部材と接続する事で半導体装置としての機能を発揮できる。別の機能性部材としては、同種の半導体装置やプリント配線板以外にも抵抗、コンデンサ、センサ素子、発光素子、受光素子、圧電素子、アクチュエータ、ＭＥＭＳ、アンテナ、発信素子、振動素子、マイク、スピーカ、モータ、発電装置、ディスプレイパネル、表示装置などを例示できる。
また各実施形態に装置内部を接続する導電性配線や貫通電極を例示した。
導電性部材の材質は電気伝導性のあるものであれば特に限定されるものではないが銅、ア
ルミ、金、銀、白金、ニッケル、クロム、チタン、モリブデン、タングステン、錫、はんだやそれらの合金などの金属類や酸化インジウムスズ、カーボンナノチューブ、グラフェン、黒鉛などを使用できる。
［絶縁層］
本発明の半導体装置は第一絶縁層、第二絶縁層、第三絶縁層の少なくとも３層の絶縁層を有する。それぞれの絶縁層の素材は同一であっても異なっていても構わない。本発明の半導体装置において、第一絶縁層、第二絶縁層、第三絶縁層それぞれの位置関係は限定される。半導体装置の構造を正確に表現するために本発明の請求項、明細書、図面では第二絶縁層の外部接続導電部材を有する面が半導体装置の上面となるように記述しているが、各絶縁層を積層する時間的順序、積層方法、製造プロセスにおける上下関係は特に限定されない。積層の時間的順序で言えば、半導体部材を配置した第三絶縁層の両面に第一絶縁層、第二絶縁層を同時に積層したり、第一絶縁層の上に第三絶縁層、第二絶縁層を順次積層したり、逆に第二絶縁層の上に第三絶縁層、第一絶縁層を順次積層するなどの方法を例示できる。積層方法は特に限定されないが、予め形成した絶縁層をラミネートやプレス成形で積層する方法、液状の絶縁層をコーティングして積層する方法、トランスファー成形機や圧縮成形機を用いて固形の絶縁材料をインサート成型して積層する方法などを例示できる。これら製造プロセスにおいて、請求項や明細書で上面と記載されている面が空間的に下面になって作業されることも妨げるものではない。また製造プロセスの必要に応じて絶縁層用の材料を適当な溶媒に溶解して使用することができる。
本発明の半導体装置において第一絶縁層、第二絶縁層、第三絶縁層の相対的な配置関係が維持されていれば第一絶縁層と第三絶縁層の間、第二絶縁層と第三絶縁層の間、第一絶縁層や第二絶縁層の外側に１層以上の他の絶縁層を配置できる。本実施形態では図５〜図７に他の絶縁層を含む半導体装置の構造を例示した。
本発明の絶縁層に用いる材料は特に限定されるものではないが必要特性や加工性の観点から高分子化合物を含有するものが好ましい。高分子化合物としてはポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアクリレート系樹脂、ポリメタクリレート系樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリシクロオレフィン系樹脂、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、フェノール樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、マレイミド樹脂、ベンソ゛シクロブテン樹脂、フルオレン樹脂、液晶ポリマー、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリベンズオキサゾール樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリジエン系エラストマ―、ポリビニルアルコール系樹脂、セルロース系樹脂などを使用できる。
また、絶縁層には必要に応じて硬化剤、硬化促進剤、感光剤、増感剤、無機充填材、有機充填材、低応力化剤、密着助剤、酸化防止剤、界面活性剤、着色剤、導電粒子などを含むことができる。
それぞれの絶縁層は１００ｎｍ〜２ｍｍの厚みをもつ。１００ｎｍより薄いと層間の絶縁性を保つ事が難しく、２ｍｍより厚いと内部応力が大きくなるデメリットや貫通ビアの形成が難しくなるデメリットの他に、絶縁層自体の形成も難しくなってしまうため厚み方向や面方向に不均一な膜になってしまい半導体装置の信頼性を損なうため好ましくない。

本発明において、外部接続用導電部材が配置される第二絶縁層は貫通電極を有する。貫通電極部分の信頼性を保つために第二絶縁層の特性は下記範囲でなければならない。半導体部材や外部機能性部材などの異種部材との接触により第二絶縁層において電極部分にかかる応力が増大するからである。すなわち、第二絶縁層の弾性率の値が１０〜４００００ＭＰａであって、前記第二絶縁層を表面から１０ｎｍ〜１ｍｍの厚さ分削り取った削り出し面に対し、拡張収縮法を用いて測定した水の接触角ヒステリシスの値が５〜９０度であることが必要である。弾性率が４００００ＭＰａより大きいと内部応力の高まりによって当該絶縁層のクラックや貫通電極の変形だけでなく、半導体部材や他の層のクラック、層間剥離などを引き起こし半導体装置の信頼性が低下するため好ましくない。また弾性率が１０ＭＰａより小さいと当該絶縁層自体が変形しやすく、外力や温度変化によって破断したり周辺部材から剥離したりしてしまうため絶縁を維持できず結果的に半導体装置の信頼
性が低下するため好ましくない。第二絶縁層の弾性率は走査型プローブ顕微鏡で測定したり、絶縁層の単層フィルムに対する引張試験で測定したりすることができる。また第三絶縁層、第一絶縁層、他の絶縁層は必ずしも貫通電極を含むものではないし、弾性率は特に限定されない。しかしながら半導体装置全体の信頼性の観点から第二絶縁層と同じ弾性率の範囲である事が好ましい。

また拡張収縮法で測定した当該絶縁層の表面から１０ｎｍ〜１ｍｍの厚さ分削り取った削り出し面（バルク）に対する水の接触角ヒステリシスの値が５〜９０度であることが好ましい。接触角ヒステリシスが９０度より大きいと貫通電極部分の耐水耐湿性、耐候性等の長期信頼性が悪化し半導体装置の信頼性が低下するため好ましくない。また５度より小さいと貫通電極形成時や形成後における電極と絶縁層とのなじみ、濡れ、密着性が不足し半導体装置の信頼性が低下するため好ましくない。以下に拡張収縮法による接触角ヒステリシス測定について説明する。
拡張収縮法とは固体表面上の液滴に対してディスペンサの針を用いて液を吐出および吸引し、液滴を拡張および収縮させたときの接触角の挙動を観察する動的接触角の測定方法である。拡張時の接触角を前進角、収縮時の接触角を後退角と呼び、前進角と後退角の差が接触角ヒステリシスである。また本発明は絶縁層内部の貫通電極部分の信頼性を課題としているため、接触角ヒステリシスの測定は当該絶縁層の表面ではなくバルクに対して実施する必要がある。測定に際し、当該絶縁層のバルクを露出させるために本発明の半導体装置を第二絶縁層の表面と平行な方向に切断ないし研磨し第二絶縁層を露出させる必要がある。さらに、機械研磨機やミクロトームなどを用いて露出させた第二絶縁層を僅かに削り取って得た表面を測定に供することができる。この工程によって接触角ヒステリシスを測定するのに十分な平滑性を確保するとともに第二絶縁層の最表面を測定してしまう可能性を排除して確実にバルクを露出させる事が出来る。機械研磨機やミクロトームで削り取る厚さは一般に１ｎｍと言われる最表面より厚い必要があるが、表面の汚染や凹凸の影響も考慮して本発明では１０ｎｍ以上を削り取った第二絶縁層のバルクに対して測定を実施することができる。
［貫通電極］
本発明の貫通電極の材料は前記導電性部材として例示したものなどを使用できる。貫通電極の形成方法は特に限定されるものではないが、絶縁膜にドリル、レーザー、プラズマ、フォトリソグラフィーなどにより貫通電極形成のための開口部を形成し、その開口部の中に無電解メッキ、電解メッキ、スパッタ、導電性ペースト埋め込みなどの方法やそれらの方法を組み合わせて電極を形成するプロセスを例示できる。この際前記開口部のテーパー角度が９０度より小さく４５度以上であることが好ましい。これより小さいと複数の貫通電極を形成した際に電極同士が接触してしまう危険があるため好ましくなく、これより大きいと貫通電極の形成が難しく、電極と貫通孔の壁面との間や貫通孔底部に空隙ができてしまい半導体装置の信頼性が低下するため好ましくない。図５、図８、図９にテーパー角度が上記範囲にある貫通電極を有する半導体装置の断面図を例示した。
その他の貫通電極の形成方法としては、まず半田ボール、金属バンプ、金属ピラーなどで電極を形成し、次に液状の絶縁層用材料を流し込んで完全に電極の周りを埋め込んだ後に硬化させて貫通電極を有する絶縁層を形成する方法や、一定の可塑性のあるフィルム状の絶縁層に金属バンプや金属ピラーを押し込んで貫通させたのち該絶縁層を硬化させて貫通電極を有する絶縁層を形成する方法や、導電粒子を含む異方導電膜に金属バンプで押し込んで電極を貫通させた後に膜を硬化させて貫通電極を有する絶縁層を形成する方法などを例示できる。

以下、図で例示した半導体装置の作成手順などについて説明するが、各半導体装置の製造方法がこの手順に限定されるものではない。本発明の権利範囲の装置構造を実現できる手順であればいかなる製造方法も利用可能である。

図１の半導体装置（２０）は半導体チップ（４：半導体部材）の機能面が外部接続方向と反対に向いた構造をもつ。半導体装置の信号は第三絶縁層（３）に配置された貫通電極（６）を介して、第三絶縁層（３）の表面に配置された導電性配線（５）に接続され、半導体チップ（４）の周囲に引き出される。さらに第三絶縁層と第二絶縁層（２）を貫く貫通電極（６）によって外部接続用の導電性配線（７）へと接続される。また第一絶縁層（１）は導電性配線（５）の保護の目的で第三絶縁層（３）の下に配置される。

次にこの半導体装置（２０）の作成手順の例を説明する。それぞれの構成部材は前記のものなどを適宜使用できる。まず半導体チップ（４）の機能面を仮固定用のサポート基板に固定する。次に圧縮成形機を用いて半導体チップ（４）の周囲を第二絶縁層（２）にて封止し加熱硬化する。サポート基板を剥離した後、加熱ラミネータを用いて第三絶縁層（３）を半導体チップ（４）の機能面および周囲の第二絶縁層に貼りあわせる。レーザー加工機を用いて半導体チップ（４）下の第３絶縁層（３）に貫通電極（６）用の開口部を形成する。第三絶縁層（３）の表面および開口部に無電解メッキと電解メッキを順次実施して貫通電極（６）および導電性配線（５）を形成するための導電性部材を積層する。積層した導電性部材上にフォトレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機、エッチング装置を順次用いて導電性配線（５）のパターンを形成する。フォトレジストを剥離後、配線保護のための第一絶縁層（１）を加熱ラミネータで第三絶縁層（３）および導電性配線（５）に積層する。次に第二絶縁層（２）の側からレーザー加工機を用いて半導体チップ（４）の周囲の第二絶縁層（２）および第三絶縁層（３）に貫通電極（６）用の開口部を形成する。第二絶縁層（２）の表面および開口部に無電解メッキと電解メッキを順次実施して貫通電極（６）および外部接続用導電性配線（７）を形成するための導電性部材を積層する。積層した導電性部材上にフォトレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機、エッチング装置を順次用いて導電性配線（７）のパターンを形成する。最後にフォトレジストを剥離し、図１に示した断面構造の半導体装置を作製できる。

このようにして作製した図１の半導体装置（２０）の第二絶縁層（２）の特性であるが、例えば前記研磨装置を用いて半導体装置を削って第二絶縁層（２）の表面を露出させたのち前記ミクロトームを用いて第二絶縁層（２）のバルクを露出させて測定することができる。その際弾性率の測定には前記走査型プローブ顕微鏡を、接触角ヒステリシスの測定には動的接触角測定装置をそれぞれ用いることができる。

図２の半導体装置（２０）は外部接続用の導電性部材周辺部以外は図１のものと同様の構造をもつ。よって半導体チップ（４：半導体部材）の周囲の第二絶縁層（２）および第三絶縁層（３）を貫通する開口部を形成するプロセスまでは前記の方法を踏襲できる。その後、第二絶縁層（２）の表面および開口部に無電解メッキと電解メッキを順次実施して貫通電極（６）および外部接続用電極パッド（８）を形成するための導電性部材を積層する。積層した導電性部材上にフォトレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機、エッチング装置を順次用いて外部接続用電極パッド（８）のパターンを形成する。フォトレジストを剥離し、バンプ形成装置を用いて外部接続用バンプ電極（９）を形成し、図２に示した断面構造の半導体装置を作製できる。この半導体装置の第二絶縁層（２）の特性は図１のものと同じ方法で測定する事ができる。

図３の半導体装置（２０）は半導体チップ（４：半導体部材）の機能面が外部接続方向に向いた構造をもつ。半導体装置の信号は第三絶縁層（３）に配置された貫通電極（６）を介して、第三絶縁層（３）の表面に配置された導電性配線（５）に接続され、半導体チップ（４）の周囲に引き出される。さらに第二絶縁層（２）を貫く貫通電極（６）によって外部接続用の導電性配線（７）へと接続される。また第一絶縁層（１）は半導体チップ（４）の保護の目的で半導体チップ（４）を覆う位置に配置される。

次にこの半導体装置（２０）の作成手順の例を説明する。それぞれの構成部材部材は前記のものなどを適宜使用できる。まず予め感光性の絶縁材料を用いて第二絶縁層（２）と第三絶縁層（３）のドライフィルムを離型処理ＰＥＴフィルム上に作製しておく。外部接続用導電部材を形成するためのサポート箔つき金属箔の上に第二絶縁層（２）のドライフィルムを加熱ラミネータで貼りあわせ、フォトマスクと平行露光機、現像機を順次用いて第二絶縁層（２）に貫通電極（６）用の開口部を形成し、導電性ペーストで開口部を埋め、加熱して貫通電極（６）を形成する。第二絶縁層（２）の表面にインクジェットプリンタで導電性インクを印刷し加熱して導電性配線（５）のパターンを形成する。その上に第三絶縁層（３）のドライフィルムを加熱ラミネータで貼りあわせ、フォトマスクと平行露光機、現像機を順次用いて第三絶縁層（３）に貫通電極（６）用の開口部を形成し、導電ペーストで開口部を埋め、加熱して貫通電極（６）を形成する。次にチップマウンタを用い、半導体チップ（４：半導体部材）を第三絶縁層（３）上に搭載し、第三絶縁層（３）に形成した貫通電極（６）に半導体チップ（４）の機能面を接続する。半導体チップ（４）を保護するために液状で光硬化性の第一絶縁層（１）を第三絶縁層（３）および半導体チップ（４）の上に塗布し、ＵＶ露光機を用いて光硬化させて第一絶縁層を形成する。サポート箔を剥離して露出した金属箔上にフォトレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機、エッチング装置を順次用いて外部接続用導電性配線（７）のパターンを形成する。最後にフォトレジストを剥離し、図３に示した断面構造の半導体装置を作製できる。この半導体装置の第二絶縁層（２）の特性は図１のものと同じ方法で測定する事ができる。

図４の半導体装置（２０）は外部接続用の導電性部材周辺部以外は図３のものと同様の構造をもつ。よってサポート箔を剥離するプロセスまでは前記の方法を踏襲できる。その後、露出した金属箔上にフォトレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機、エッチング装置を順次用いて外部接続用電極パッド（８）のパターンを形成する。フォトレジストを剥離し、バンプ形成装置を用いて外部接続用バンプ電極（９）を形成し、図４に示した断面構造の半導体装置を作製できる。この半導体装置の第二絶縁層（２）の特性は図１のものと同じ方法で測定する事ができる。

図５の半導体装置（２０）は半導体チップ（４：半導体部材）の機能面が外部接続方向に向いた構造をもつ。図４の半導体装置と類似の構造とも解釈できるが、２層の絶縁層（１０、１１）を追加することでより多数の外部接続端子を自由な位置に配置する事が可能となる。半導体装置の信号は第三絶縁層（３）、他の絶縁層（１０）、他の絶縁層（１１）にそれぞれ配置された貫通電極（６）と各層の表面に配置された導電性配線（５）を順次経由して半導体チップ（４）の周囲に引き出される。さらに第二絶縁層（２）を貫く貫通電極（６）によって外部接続用の電極パッド（８）およびバンプ電極（９）へと接続される。本実施形態の各貫通電極は、下記レーザー加工機による開口部に形成されており、そのテーパー角度が９０度より小さく４５度以上となっている。

ここで図５に附帯した第三絶縁層（３）に形成された貫通電極（６）の拡大図を利用して本発明におけるテーパー角度の定義について説明する。本発明では拡大図に示したように貫通電極を貫通方向に切断した断面において、その開口部底部の断面を延長した絶縁層下部断面の直線部と開口部壁面の断面とが前記底部と接する部分において形成する角度θを該開口部のテーパー角度と定義する。

次にこの半導体装置（２０）の作成手順の例を説明する。それぞれの構成部材は前記のものなどを適宜使用できる。まず半導体チップ（４）の機能面を仮固定用のサポート基板に固定する。次に圧縮成形機を用いて半導体チップ（４）の周囲を第一絶縁層（１）にて封止し加熱硬化する。サポート基板を剥離した後、加熱ラミネータを用いて第三絶縁層（３）を半導体チップ（４）の機能面および周囲の第一絶縁層に貼りあわせる。レーザー加
工機を用いて半導体チップ（４）上の第三絶縁層（３）に貫通電極（６）用の開口部を形成する。次に開口部を形成した第三絶縁層（３）に対してセミアディティブ法を用いてその開口部および表面に貫通電極（６）と導電性配線（５）を同時に形成する。セミアディティブ法はメッキ技術を用いた配線形成方法で無電解メッキ、レジスト層ラミネート、フォトマスクと平行露光機を用いたレジストパターン露光、レジスト現像、電界メッキ、レジスト剥離、フラッシュエッチングを順次実施する配線形成プロセスを有する。この工法を用いることで一般的な方法よりも微細な導電配線を作成できる。その後、貫通電極（６）と導電性配線（５）を形成した第三絶縁層（３）の上に他の絶縁層（１０）を第三絶縁層（３）と同じ方法で積層し、同じくセミアディティブ法を用いて貫通電極（６）と表面の導電性配線（５）を形成する。さらにこれらのプロセスを他の絶縁層（１１）にも繰り返して貫通電極（６）および表面の導電性配線（５）を形成する。同じように第二絶縁層（２）を積層し、レーザー加工機を用いて貫通電極（６）用の開口部を形成する。無電解メッキと電解メッキを順次実施して第二絶縁層（２）の開口部を貫通電極（６）で埋めた後、外部接続用電極パッド（８）形成用の金属を無電解メッキで積層する。その上にフォトレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機、エッチング装置を順次用いて外部接続用電極パッド（８）のパターンを形成する。フォトレジストを剥離し、バンプ形成装置を用いて外部接続用バンプ電極（９）を形成し、図５に示した断面構造の半導体装置を作製できる。この半導体装置の第二絶縁層（２）の特性は図１のものと同じ方法で測定する事ができる。

これより説明する図６および図７の半導体装置（２０）はどちらも両面に外部絶族端子を持つ半導体装置である。このような構造をとることで同種の半導体装置を複数個積層したり、半導体装置の上に他の電子部品などを搭載することが可能となる。
図６の半導体装置（２０）は半導体チップ（４：半導体部材）の機能面が第二絶縁層の側（上面）に向いた構造をもつ。半導体装置の信号は第一絶縁層（１）に配置された貫通電極（６）を介して、第一絶縁層（１）の表面（下面）に配置された導電性配線（５）に接続され、半導体チップ（４）の周囲に引き出される。ここで第三絶縁層（４）は半導体チップ（４）とほぼ同じ厚みを持つが、チップ周囲を取り囲むように配置されてチップの側面と接している。第一絶縁層（１）表面（下面）の配線によって周囲に引き出された信号は第一絶縁層（１）と第三絶縁層（２）を貫く貫通電極（６）によって第二絶縁層（２）の表面(下面)に配置された導電性配線（５）に接続される。この配線から第二絶縁層（２）に配置された貫通電極（６）を介して第二絶縁層（２）の表面（上面）に形成された外部接続用電極パッド（８）へ接続される。さらに第二絶縁層（２）の表面(下面)に配置された導電性配線（５）に引き出された信号は前記のものとは別の第一絶縁層（１）と第三絶縁層（２）を貫く貫通電極（６）を介して第一絶縁層（１）の表面（下面）に形成された外部接続用電極パッド（８）に接続され、さらに外部接続用バンプ電極（９）にも接続される。また他の絶縁層（１０）は第一絶縁層（１）の表面（下面）に配置された導電性配線（５）の保護の目的で第一絶縁層（１）の下に配置される。

次にこの半導体装置（２０）の作成手順の例を説明する。それぞれの構成部材は前記のものなどを適宜使用できる。最初に導電性配線（５）を形成するための金属箔と第二絶縁層（２）が積層された箔付きフィルムと用いる半導体チップ（４：半導体部材）とほぼ同じ厚みで感光性材料で形成された第三絶縁層（３）のドライフィルム、第一絶縁層（１）のドライフィルムをそれぞれ準備する。まず第二絶縁層（２）を仮固定用のサポート基板に固定する。第二絶縁層（２）と積層された金属箔の上にフォトレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機、エッチング装置を順次用いて第二絶縁層（２）表面（下面）の導電性配線（５）のパターンを形成する。レジストを剥離し、その面に第三絶縁層（３）のドライフィルムをラミネートする。フォトマスクと平行露光機、現像機を順次用いて第三絶縁層（３）に半導体チップ（４）を搭載するための開口部を形成する。次にチップマウンタを用いて、半導体チップ（４）を機能面と反対の面が第二絶縁層に接する向
きに搭載する。この際半導体チップ（４）は第三絶縁層（３）の開口部にはめ込む様な形で搭載されるためこの時点では第三絶縁層（３）と半導体チップ（４）の間には微小な隙間が存在する状態である。次に真空加熱ラミネータを用いて半導体チップ（４）の機能面および第三絶縁層（３）の下面に第一絶縁層のドライフィルムを積層する。真空加熱ラミネータを用いることで半導体チップ（４）と各絶縁層との間の隙間が埋まりかつ密着性を確保できる。加熱して各絶縁層を硬化し、レーザー加工機を用いて第一絶縁層（１）と第三絶縁層（３）に配置される貫通電極（６）用の開口部全てを一気に形成する。次に前記のセミアディティブ法で第一絶縁層（１）と第三絶縁層（３）に配置される貫通電極（６）と第一絶縁層（１）の表面（下面）に形成される導電性配線（５）および外部接続用電極パッド（８）を一気に形成する。ここでここまで使用してきたサポート基板から第二絶縁層（２）を剥がし、配線等を形成した第一絶縁層（１）の下面をサポート基板に固定する。レーザー加工機を用いて第二絶縁層の上部から貫通電極（６）用の開口部を形成する。無電解メッキと電解メッキを順次実施して第二絶縁層（２）の開口部を貫通電極（６）で埋めた後、外部接続用電極パッド（８）形成用の金属を無電解メッキで積層する。その上にフォトレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機、エッチング装置を順次用いて外部接続用電極パッド（８）のパターンを形成する。再びサポート基板から第一絶縁層（１）を剥がし、外部接続用電極パッド（８）形成済みの第二絶縁層（２）の上面をサポート基板に固定し直す。第一絶縁層（１）に形成した導電性配線（５）を保護するために第一絶縁層（１）上に感光性の絶縁性溶液を塗布、乾燥し他の絶縁層（１０）を形成する。フォトマスクと平行露光機、現像機を順次用いて他の絶縁層（１０）に外部接続用バンプ電極（９）を搭載するための開口部を形成する。最後にバンプ形成装置を用いて外部接続用バンプ電極（９）を形成し、図６に示した断面構造の半導体装置を作製できる。この半導体装置の第二絶縁層（２）の特性は図１のものと同じ方法で測定する事ができる。
図７の半導体装置（２０）は図５と図６の半導体装置を組みあわせたような構造で半導体チップ（４：半導体部材）の機能面が第一絶縁層の側（下面）に向いた構造をもつ。半導体装置の信号は第一絶縁層（３）に配置された貫通電極（６）を介して、第三絶縁層（１）の表面（下面）に配置された導電性配線（５）に接続され、さらに他の絶縁層（１０）に形成された貫通電極（６）と表面導電性配線（５）を順次経由して半導体チップ（４）の周囲に引き出される。次に他の絶縁層（１０）、第三絶縁層（３）、第二絶縁層（２）を貫く貫通電極（６）に接続され第二絶縁層（２）の表面（上面）に形成された外部接続用電極パッド（８）に接続される。一方他の絶縁層（１０）の表面（下面）の導電性配線（５）の信号は分岐し他の絶縁層（１１）に形成された貫通電極（６）と表面（下面）の導電性配線（５）を経由して第一絶縁層（１）に形成された貫通電極へと接続され、さらに第一絶縁層（１）の表面（下面）に形成された外部接続用電極パッド（８）および外部接続用バンプ電極（９）にも接続される。

次にこの半導体装置（２０）の作成手順の例を説明する。それぞれの構成部材は前記のものなどを適宜使用できる。この半導体装置（２０）の構造は図５に示した半導体装置を上下反転させたものに類似の構造であり途中までは同様の工程を使用できる。まず半導体チップ（４）の機能面を仮固定用のサポート基板に固定する。次に圧縮成形機を用いて半導体チップ（４）の周囲を第二絶縁層（２）にて封止し加熱硬化する。サポート基板を剥離した後、加熱ラミネータを用いて第三絶縁層（３）を半導体チップ（４）の機能面および周囲の第二絶縁層に貼りあわせる。レーザー加工機を用いて半導体チップ（４）上の第三絶縁層（３）に貫通電極（６）用の開口部を形成する。次に開口部を形成した第三絶縁層（３）に対して前記のセミアディティブ法を用いてその開口部および表面（下面）に貫通電極（６）と導電性配線（５）を同時に形成する。さらに他の絶縁層（１０）を第三絶縁層（３）と同じ方法で積層し、同じくセミアディティブ法を用いて貫通電極（６）と表面（下面）の導電性配線（５）を形成する。さらにこれらのプロセスを他の絶縁層（１１）にも繰り返して貫通電極（６）および表面（下面）の導電性配線（５）を形成する。同
じように第一絶縁層（１）を積層し、レーザー加工機を用いて貫通電極（６）用の開口部を形成する。無電解メッキと電解メッキを順次実施して第一絶縁層（１）の開口部を貫通電極（６）で埋めた後、外部接続用電極パッド（８）形成用の金属を無電解メッキで積層する。ここまでは図５の半導体装置と同様のプロセスであるが、ここで上記第一絶縁層（１）に形成した金属層を仮固定用のサポート基板に固定する。レーザー加工機を用いて第二絶縁層（２）、第三絶縁層（３）、他の絶縁層（１０）を一気に貫通する貫通電極（６）用の開口部を形成する。その開口部に無電解メッキと電解メッキを順次実施し貫通電極（６）で埋めて他の絶縁層（１０）表面（下面）の導電性配線（５）と接続した後、第二絶縁層（２）の表面（上面）に形成される外部接続用電極パッド（８）を形成するための金属を無電解メッキで積層する。その上にフォトレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機、エッチング装置を順次用いて外部接続用電極パッド（８）のパターンを形成する。フォトレジストを剥離した後、この面を別の仮固定用サポート基板に密着するように半導体装置を転載する。先ほど第一絶縁層（１）の表面に形成した外部接続用電極パッド（８）形成用の金属層の上にフォトレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機、エッチング装置を順次用いて外部接続用電極パッド（８）のパターンを形成する。フォトレジストを剥離し、バンプ形成装置を用いて外部接続用バンプ電極（９）を形成し、図７に示した断面構造の半導体装置を作製できる。この半導体装置の第二絶縁層（２）の特性は図１のものと同じ方法で測定する事ができる。
図８の半導体装置（２０）は所定部位に半導体材料（４：半導体部材）を配置したトランジスタである。信号は第三絶縁層（３）の表面（上面）に形成されたソース／ドレイン電極（５：導電性配線）およびそれらの間に配置された半導体材料（４）を通して、第二絶縁層（２）に形成された貫通電極（６）へと接続され、第二絶縁層（２）の表面（上面）に形成された外部接続用の導電性配線（７）から外部へ引き出される。その際、第一絶縁層（１）上に形成されたゲート電極（５：導電性配線）にかける電圧のオンオフにより外部への信号を制御する事ができる。

次にこの半導体装置（２０）の作成手順の例を説明する。それぞれの構成部材は前記のものなどを適宜使用できる。まず基材となる第一絶縁層（１）を準備し、スパッタ装置を用いて第一絶縁層（１）の表面（上面）にゲート電極（５）を形成するための金属層を形成する。その上にフォトレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機、エッチング装置を順次用いゲート電極（５）のパターンを形成する。レジストを剥離した後、第三絶縁層（３）の溶液を塗布、乾燥、加熱し第三絶縁層（３）を形成する。さらに第三絶縁層の上に再度スパッタ装置を用いてソース／ドレイン電極（５）を形成するための金属層を形成する。その上にフォトレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機、エッチング装置を順次用いソース／ドレイン電極（５）のパターンを形成する。レジストを剥離した後、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などの真空成膜プロセスで半導体材料（４）の膜を形成する。その上にフォトレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機を用いて半導体材料（４）を残したい部分にレジストパターンを形成する。半導体材料（４）を溶解できる液体でレジストパターンのない部分の半導体材料を溶解除去し、レジスト剥離、加熱処理を順次実施して所定位置に半導体材料（４）を配置する。その上に第二絶縁層（２）の溶液を塗布、乾燥し第二絶縁層（２）を形成する。その上にフォトレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機、エッチング装置を順次用い第二絶縁層（２）に形成する貫通電極（６）用の開口部を形成する。レジストを剥離した後スパッタ装置を用い、該開口部および第二絶縁層（２）の表面（上面）に貫通電極（６）と外部接続用の導電性配線（７）用の金属層を同時に形成する。その上にフォトレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機、エッチング装置を順次用いて外部接続用導電性配線（７）のパターンを形成し、レジストを剥離することで図８に示した断面構造の半導体装置を作製できる。この半導体装置の第二絶縁層（２）の特性は図１のものと同じ方法で測定する事ができる。
図９の半導体装置（２０）も所定部位に半導体材料（４：半導体部材）を配置したトラン
ジスタである。信号は第一絶縁層（１）の表面（上面）に形成されたソース／ドレイン電極（５：導電性配線）およびそれらの間に配置された半導体材料（４）を通して、第二絶縁層（２）および第三絶縁層（３）に形成された貫通電極（６）へと接続され、第二絶縁層（２）の表面（上面）に形成された外部接続用の導電性配線（７）から外部へ引き出される。その際、第三絶縁層（３）上に形成されたゲート電極（５：導電性配線）にかける電圧のオンオフにより外部への信号を制御する事ができる。

次にこの半導体装置（２０）の作成手順の例を説明する。それぞれの構成部材は前記のものなどを適宜使用できる。まず基材となる第一絶縁層（１）を準備し、スパッタ装置を用いて第一絶縁層（１）の表面（上面）にソース／ドレイン電極（５）を形成するための金属層を形成する。その上にフォトレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機、エッチング装置を順次用いソース／ドレイン電極（５）のパターンを形成する。レジストを剥離した後、インクジェット印刷機を用いて塗布型の半導体材料（４）の溶液を所定の箇所に塗布し、乾燥、加熱して半導体材料（４）を形成する。その上に第三絶縁層（３）の溶液を塗布、乾燥、加熱し第三絶縁層（３）を形成する。さらに第三絶縁層の上に再度スパッタ装置を用いてゲート電極（５）を形成するための金属層を形成する。その上にフォトレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機、エッチング装置を順次用いゲート電極（５）のパターンを形成する。レジストを剥離しその上に第二絶縁層（２）の溶液を塗布、乾燥、加熱し第二絶縁層（２）を形成する。その上にプラズマ用のレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機、異方性プラズマ処理装置を順次用い第二絶縁層（２）および第三絶縁層（３）に貫通電極（６）用の開口部を一気に形成する。レジストを剥離した後スパッタ装置を用い、該開口部および第二絶縁層（２）の表面（上面）に貫通電極（６）と外部接続用の導電性配線（７）用の金属層を同時に形成する。その上にフォトレジスト層を形成しフォトマスクと平行露光機、現像機、エッチング装置を順次用いて外部接続用導電性配線（７）のパターンを形成し、レジストを剥離することで図９に示した断面構造の半導体装置を作製できる。この半導体装置の第二絶縁層（２）の特性は図１のものと同じ方法で測定する事ができる。

１ 第一絶縁層
２ 第二絶縁層
３ 第三絶縁層
４ 半導体部材
５ 導電性配線
６ 貫通電極
７ 外部接続用導電性配線
８ 外部接続用電極パッド
９ 外部接続用バンプ電極
１０ 絶縁層
１１ 絶縁層
２０ 半導体装置

Claims (3)

1. 半導体部材と、該半導体部材に電気的に接続される複数の導電性部材を介して外部接続用導電性部材に電気的に接続される半導体装置であって、第一絶縁層と、第一絶縁層より上部に位置し外部接続用の導電性部材と接している第二絶縁層と、第一絶縁層と第二絶縁層に挟まれた位置にあって前記半導体部材の上面、下面、側面のいずれかと接している第三絶縁層とを有し、前記半導体部材と電気的に接続される前記複数の導電性部材が、第二絶縁層に配置され前記外部接続用導電性部材に接続される貫通電極を含み、該貫通電極が配置されている第二絶縁層の弾性率の値が１０〜４００００ＭＰａであって、前記第二絶縁層を表面から１０ｎｍ〜１ｍｍの厚さ分削り取った削り出し面に対し、拡張収縮法を用いて測定した水の接触角ヒステリシスの値が５〜９０度であることを特徴とする半導体装置。
2. 前記貫通電極が配置されている絶縁層に設けられた貫通電極を形成するための開口部のテーパー角度が９０度より小さく４５度以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 貫通電極を有する絶縁層が高分子化合物を含有することを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の半導体装置。