JP2020113704A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このようなチップ・オン・チップ形式の半導体装置の一例が特許文献1に開示されている。当該半導体装置は、外部との導通経路となるリードフレームが配置されたパッケージ基板と、パッケージ基板に搭載された下層の半導体チップと、下層の半導体チップに搭載された上層の半導体チップを備える。下層の半導体チップおよび上層の半導体チップの各々の上面には電気接続用端子が設けられ、電気接続用端子とリードフレームとを相互に導通させるためのボンディングワイヤが複数配置されている。この場合において上層の半導体チップは、下面(裏面)から窪み、かつ上面の周縁に沿って形成された庇状の段差部を有する。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、記第1接合層は、前記第1台座部上の領域から第1絶縁層の表面を覆う部分を有していてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、前記第1配線層上に形成され、Cuを含む材料からなり、かつ前記第1台座部よりも小さな平面面積を有する第2台座部と、前記第2台座部を取り囲む第2絶縁層と、前記第1配線層に搭載され、かつ前記第2台座部を介して前記第1配線層に導通する第2素子と、前記第2素子と前記第2台座部との間に介在され、前記第2台座部に接続され、かつ少なくとも前記第2台座部との間に空間を有する第2接合層とを含んでいてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記第1接合層は、はんだペーストからなり、前記第2接合層は、はんだフラックスからなっていてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記第2絶縁層は、前記第1配線層上の領域に形成された環状の第2枠状体を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記第1素子は、表面実装型の受動素子を含み、前記第2素子は、フリップチップ型の半導体素子を含んでいてもよい。
なお、第1封止樹脂および第2封止樹脂は、基板に対して、第1封止樹脂および第2樹脂の順に積層されていてもよいし、第2封止樹脂および第1封止樹脂の順に積層されていてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記第1接合層は、はんだペーストからなり、前記第3接合層は、はんだフラックスからなっていてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記第1封止樹脂および前記第2封止樹脂は、ともにエポキシ樹脂を主剤とした合成樹脂からなっていてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記第1絶縁層は、前記第1配線層上の領域に形成された環状の第1枠状体を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記第1台座部は、互いに積層されたNi層およびCu層を含み、前記Cu層は、前記第1接合層と接合する上面を有していてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記Cu層は、前記第1絶縁層の前記表面よりも上方に突出し、かつ前記第1絶縁層の前記表面よりも上方に位置する上面を有していてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記Cu層は、その全体が前記第1絶縁層に埋め込まれており、かつ前記第1絶縁層の前記表面よりも下方に位置する上面を有していてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、前記電極パッドに導通し、かつ前記第1配線層から離間して配置された第2配線層と、前記第2配線層上に形成され、かつCuを含む材料からなる第2台座部とを含み、前記第1絶縁層は、前記第1配線層上の領域から前記第2配線層上の領域にまで延出し、かつ前記第1台座部および前記第2台座部の両方を一体的に取り囲んでおり、前記第1素子は、前記第1台座部および前記第2台座部を介して前記第1配線層および前記第2配線層に導通していてもよい。
この構成によれば、基板の主面全体に第1絶縁層が形成される場合に比べて、基板の反りを軽減することができる。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記第1絶縁層は、ポリイミドからなっていてもよい。
<第1実施形態>
図1〜図7A,7Bに基づき、本発明の第1実施形態に係る半導体装置1について説明する。
半導体装置1は、基板2と、ベース絶縁層3と、第1配線層4と、第1台座部5と、第2台座部6と、第1絶縁層7と、第2絶縁層8と、柱状体9と、第1素子10と、第1接合層11と、第2素子12と、第2接合層13と、封止樹脂14と、端子15とを含んでいる。
半導体装置1は、様々な電子機器の回路基板に表面実装される樹脂パッケージ形式のものである。図1および図2に示すように、半導体装置1の基板2の厚さ方向視(以下「平面視」という。)の形状は四角形である。
基板2は、主に図1および図5に示すように、主面16および裏面18を有する。
主面16は、基板2の厚さ方向を向く、図5に示す基板2の上面である。主面16は、その全面がベース絶縁層3に覆われている。
また、基板2の厚さは、たとえば、50μm〜100μmであってもよい。
ベース絶縁層3は、図1および図5に示すように、基板2の主面16と封止樹脂14との双方に接する絶縁体である。
第1配線層4は、図5に示すように、互いに積層された下地層22およびめっき層23から構成される。下地層22は、ベース絶縁層3の第2層20に接し、かつめっき層23に覆われている。
また、下地層22は、ベース絶縁層3の第2層20に接する側から積層されたTiとCuとの積層構造で構成されていてもよい。つまり、ベース絶縁層3の第2層20にTi層が接しており、Ti層上にCu層が形成されていてもよい。
第1配線層4は、主に図1および図3に示すように、アイランド部26および配線部27を含んでいる。
アイランド部26は、この実施形態では、基板2の主面16の4つの角部に、1つずつ設けられている。各アイランド部26は、平面視四角形状に形成されている。各アイランド部26は、基板2の側面(主面16と裏面18とを接続する面)とは離間して配置されている。
配線部27の一対の第1部分28は、それぞれ、平面視L字状に形成されている。配線部27の一対の第1部分28の端部30(アイランド部26に接続された端部とは反対側の端部)は、基板2の短手方向において、互いに対向している。
第1台座部5および第2台座部6は、図6A,6Bおよび図7A,7Bに示すように、互いに異なる材料からなる第1層34,36および第2層35,37を含む積層構造から構成されていてもよい。この実施形態では、第1層34,36がNi層であり、第2層35,37がCu層である。
また、第1層34,36の厚さは、たとえば1.0nm〜4.0nmであり、第2層35,37の厚さは、たとえば1.0μm〜8.0μmであってもよい。したがって、第1層34,36は、第2層35,37よりも厚さが薄く設定されている。
第2台座部6は、この実施形態では、平面視正方形状に形成されている。第2台座部6の一辺の長さは、たとえば、配線部27の幅と略同じである。これにより、第2台座部6の平面視における面積は、第1台座部5よりも小さくなっている。
また、第1台座部5は、図7Bに示すように、第1絶縁層7の表面38よりも上方に突出し、かつ第1絶縁層7の表面38よりも上方に位置する上面39を有していてもよい。より具体的には、第1台座部5の第2層35が、第1絶縁層7の表面38よりも上方に位置する上面39を有していてもよい。この場合、第1台座部5の第2層35は、第1絶縁層7の表面38に沿って引き出された引き出し部40を有し、引き出し部40が第1絶縁層7の表面38を覆っていてもよい。
第2絶縁層8は、主に図1、図2、図3および図5に示すように、第2台座部6の周囲を取り囲み、かつ絶縁体の部材である。この実施形態では、第2絶縁層8は、第1配線層4上の領域に形成された環状の枠状体として構成されている。つまり、枠状体としての第2絶縁層8は、第1配線層4からはみ出さず、かつその全体が第1配線層4の上面に接している。また、第2絶縁層8は、電気絶縁性を有する合成樹脂から構成され、この実施形態では、ポリイミドから構成されている。
また、図示は省略するが、第2台座部6は、図7Bに示した第1台座部5と同様に、第2絶縁層8の表面41よりも上方に突出し、かつ第2絶縁層8の表面41よりも上方に位置する上面42を有していてもよい。より具体的には、第2台座部6の第2層37が、第2絶縁層8の表面41よりも上方に位置する上面42を有していてもよい。この場合、第2台座部6の第2層37は、第2絶縁層8の表面41に沿って引き出された引き出し部を有し、引き出し部が第2絶縁層8の表面41を覆っていてもよい。
柱状体9は、主に図1および図5に示すように、第1配線層4に導通し、かつ基板2の厚さ方向に沿って延出するとともに、第1素子10とは離間して配置された導電部材である。柱状体9は、第1配線層4のめっき層23と同一の材料から構成されている。したがって、この実施形態に係る柱状体9は、Cuから構成される。
第1接合層11は、主に図6Bに示すように、第1台座部5と第1素子10の電極46との間に介在する導電部材である。第1素子10は、第1接合層11により第1台座部5に固着されることによって、第1配線層4に搭載された構成となっている。あわせて、第1接合層11により第1配線層4と第1素子10との導通が確保される。この実施形態に係る第1接合層11は、たとえば、Sn−Sb系合金またはSn−Ag系合金などの鉛フリーのはんだペーストから構成されている。
第2素子12は、半導体装置1に要求される機能に応じて様々な半導体素子を採ることができる。より具体的には、第2素子12は、いわゆるフリップチップ型の半導体素子であってよい。図6Aに示すように、第2素子12の下面には、開口部49を有する絶縁層48が形成されており、開口部49から電極パッド50が露出している。
また、第2接合層13は、第2台座部6に接しており、かつ少なくとも第2台座部6との間に空間51を有していてもよい。たとえば、図6Aに示すように、バンプ状の第2接合層13は、その頂部が第2台座部6に接しており、その周縁部は、空間51によって第2台座部6から隔てられていてもよい。
封止樹脂14は、実装面52および接合面53を有する。図5に示すように、実装面52は、基板2の裏面18とは反対側を向き、かつ裏面18とともに半導体装置1の外部に露出する面である。半導体装置1を回路基板に実装したとき、実装面52は当該回路基板に対向する。
端子15は、図1、図2および図5に示すように、柱状体9の端面44および封止樹脂14の実装面52に接し、かつ半導体装置1の外部に露出する導電部材である。端子15は、半導体装置1を回路基板に実装する際に、クリームはんだなどの接合部材が付着する部分である。この実施形態に係る端子15は、互いに積層されたNi層、Pd層およびAu層から構成されていてもよい。Ni層が端面44に接し、Pd層がNi層に接し、Au層がPd層に接する構成となっていてもよい。
まず、図8Aに示すように、厚さ方向を向く主面54を有し、かつ単結晶の半導体材料から構成された基材55が準備される。この実施形態に係る基材55は、シリコンウエハである。基材55の厚さは、たとえば500μm〜800μmであってもよい。基材55は、半導体装置1の基板2の集合体に対応する。また、基材55の主面54は、基板2の主面16となる。なお、図8B以降では、基材55を基板2として半導体装置1の製造工程を説明する。
次に、図8Bに示すように、ベース絶縁層3に接する下地層22が形成される。下地層22は、たとえばスパッタリング法によって、ベース絶縁層3を覆うように形成される。
次に、図8Cに示すように、めっき層23が形成される。より具体的には、まず、めっき層23を形成すべき領域に開口部を有するマスク層(図示せず)が、下地層22に対するフォトリソグラフィにより形成される。次に、当該マスク層の開口部から露出した下地層22に接するめっき層23が形成される。めっき層23は、たとえば、下地層22を導電経路とした電解めっきにより形成される。めっき層23の形成後、マスク層が全て除去される。
次に、図8Fに示すように、めっき層23に接し、かつ基板2の厚さ方向に沿って延出する柱状体9が形成される。より具体的には、まず、柱状体9を形成すべき領域に開口部を有するマスク層(図示せず)が、めっき層23に対するフォトリソグラフィにより形成される。次に、当該マスク層の開口部から露出しためっき層23に接する柱状体9が形成される。柱状体9は、たとえば、めっき層23および下地層22を導電経路とした電解めっきにより形成される。柱状体9の形成後、マスク層が全て除去される。
次に、基板2の厚さ方向において主面16とは反対側に位置する基板2の一部が機械研削により除去する。このとき、基板2の厚さは、たとえば50μm〜100μmまで縮小される。
<第2実施形態>
図9〜図15に基づき、本発明の第2実施形態に係る半導体装置61について説明する。
図9は、半導体装置61の模式的な斜視図である。図10は、半導体装置61の平面図である。図9および図10は、理解の便宜上、第1封止樹脂69および第2封止樹脂76を透過している。図11は、図10から、端子77、第2封止樹脂76、第2素子74および第2柱状体73を除いた半導体装置61の平面図である。図12は、図11から、第1絶縁層72、第2台座部71、第2配線層70および第1封止樹脂69を除いた半導体装置61の平面図である。
基板62は、この実施形態では、高抵抗のシリコン基板(たとえば、不純物が添加されていないシリコン基板)であるが、セラミック基板やアルミナ基板等の絶縁基板であってもよい
基板62は、主に図9および図15に示すように、主面78および裏面80を有する。
裏面80は、基板62の厚さ方向において主面78とは反対側を向く、図15に示す基板62の下面である。裏面80は、その全面が半導体装置61の外部に露出している。
また、基板62の厚さは、たとえば、50μm〜100μmであってもよい。
ベース絶縁層63は、この実施形態では、主面78に接する第1層81と、第1層81と第1封止樹脂69との双方に接する第2層82とを含み、第1層81と第2層82とは、互いに積層されている。また、この実施形態では、第1層81は酸化シリコン(SiO2)から構成され、第2層82は窒化シリコン(SiN)から構成されていてもよい。また、第1層81の厚さは、たとえば0.1μm〜2.0μmであり、第2層82の厚さは、たとえば0.1μm〜2.0μmであってもよい。
第1配線層64は、互いに積層された下地層84およびめっき層85から構成される。下地層84は、ベース絶縁層63の第2層82に接し、かつめっき層85に覆われている。
また、下地層84は、ベース絶縁層63の第2層82に接する側から積層されたTiとCuとの積層構造で構成されていてもよい。つまり、ベース絶縁層63の第2層82にTi層が接しており、Ti層上にCu層が形成されていてもよい。
第1配線層64は、主に図9、図12および図13に示すように、第1部分88および第2部分89を含んでいる。第1部分88および第2部分89は、それぞれ平面視直線状に形成されている。第1部分88および第2部分89は、互いに直交して一体的に接続されており、この実施形態では、第1配線層64は全体として平面視L字状に形成されている。また、第1配線層64は、互いに間隔を空けて複数形成されている。この実施形態では、主面78の中央部から四方に延出し、合計4つ形成されている。
第1台座部65は、互いに異なる材料からなる複数の層を含む積層構造から構成されていてもよい。この実施形態では、第1台座部65は、第1配線層64に接する層から順に積層された、Cu層、Ni層およびはんだ層を含む積層構造から構成されている。はんだ層は、たとえば、Sn−Sb系合金またはSn−Ag系合金等の鉛フリーはんだであってもよい。
第1柱状体66は、主に図9および図15に示すように、第1配線層64に導通し、かつ基板62の厚さ方向に沿って延出するとともに、第1素子67とは離間して配置された導電部材である。第1柱状体66は、第1配線層64のめっき層85と同一の材料から構成されている。したがって、この実施形態に係る第1柱状体66は、Cuから構成される。
第1素子67は、半導体装置61に要求される機能に応じて様々な半導体素子を採ることができる。より具体的には、第1素子67は、いわゆるフリップチップ型の半導体素子であってよい。第1素子67の下面には、前述の第2素子12の絶縁層48および電極パッド50と同じ構造が形成されていてもよい(図6A参照)。
第1封止樹脂69は、第1接合面94および第2接合面95を有する。図15に示すように、第1接合面94は、基板62の裏面80とは反対側を向き、かつ後述する第2封止樹脂76の接合面108に接合される面である。
第2配線層70は、互いに積層された下地層96およびめっき層97から構成される。下地層96は、第1柱状体66の端面93および第1封止樹脂69の第1接合面94に接し、かつめっき層97に覆われている。
また、下地層96は、第1柱状体66の端面93および第1封止樹脂69の第1接合面94に接する側から積層されたTiとCuとの積層構造で構成されていてもよい。つまり、第1柱状体66の端面93にTi層が接しており、Ti層上にCu層が形成されていてもよい。また、めっき層97は、Cuから構成されていてもよい。したがって、下地層96の最表面およびめっき層97は、ともに同一の材料から構成されていてもよい。
アイランド部98は、この実施形態では、図11に示すように、第1封止樹脂69の第1接合面94の4つの角部に、1つずつ設けられている。各アイランド部98は、平面視四角形状に形成されている。各アイランド部98は、第1封止樹脂69の側面(第1接合面94と第2接合面95とを接続する面)とは離間して配置されている。
配線部99の第2部分101は、互いに隣り合う一対の第1部分100から延出している。配線部99の第2部分101が接続された第1部分100は、この実施形態では、基板62の短手方向一方側の角部に配置された一対のアイランド部98から延出する第1部分100である。配線部99の第2部分101は、平面視L字状に形成されている。
第2台座部71は、図6Bおよび図7A,7Bに示した第1台座部5と同じ構造を有していてもよい。すなわち、第2台座部71は、互いに異なる材料からなる第1層34および第2層35を含む積層構造から構成されていてもよい。この実施形態では、第1層34がNi層であり、第2層35がCu層である。つまり、Ni層からなる第1層34は、第2配線層70に接し、かつCu層からなる第2層35に覆われている。
第1絶縁層72は、主に図9、図10、図11および図15に示すように、第2台座部71の周囲を取り囲み、かつ絶縁体の部材である。この実施形態では、第1絶縁層72は、第2配線層70上の領域に形成された環状の枠状体として構成されている。つまり、枠状体としての第1絶縁層72は、第2配線層70からはみ出さず、かつその全体が第2配線層70の上面に接している。また、第1絶縁層72は、電気絶縁性を有する合成樹脂から構成され、この実施形態では、ポリイミドから構成されている。
第2柱状体73は、主に図9および図15に示すように、第2配線層70に導通し、かつ基板62の厚さ方向に沿って延出するとともに、第2素子74とは離間して配置された導電部材である。第2柱状体73は、第2配線層70のめっき層97と同一の材料から構成されている。したがって、この実施形態に係る第2柱状体73は、Cuから構成される。
第2接合層75は、第2台座部71と第2素子74の電極106との間に介在する導電部材である。第2素子74は、第2接合層75により第2台座部71に固着されることによって、第2配線層70に搭載された構成となっている。あわせて、第2接合層75により第2配線層70と第2素子74との導通が確保される。この実施形態に係る第2接合層75は、たとえば、Sn−Sb系合金またはSn−Ag系合金などの鉛フリーのはんだペーストから構成されている。
第2封止樹脂76は、実装面107および接合面108を有する。図15に示すように、実装面107は、基板62の裏面80とは反対側を向き、かつ裏面80とともに半導体装置61の外部に露出する面である。半導体装置61を回路基板に実装したとき、実装面107は当該回路基板に対向する。
まず、図16Aに示すように、厚さ方向を向く主面109を有し、かつ単結晶の半導体材料から構成された基材110が準備される。この実施形態に係る基材110は、シリコンウエハである。基材110の厚さは、たとえば500μm〜800μmであってもよい。基材110は、半導体装置61の基板62の集合体に対応する。また、基材110の主面109は、基板62の主面78となる。なお、図16B以降では、基材110を基板62として半導体装置61の製造工程を説明する。
次に、図16Bに示すように、ベース絶縁層63に接する下地層84が形成される。下地層84は、たとえばスパッタリング法によって、ベース絶縁層63を覆うように形成される。
次に、図16Cに示すように、めっき層85が形成される。より具体的には、まず、めっき層85を形成すべき領域に開口部を有するマスク層(図示せず)が、下地層84に対するフォトリソグラフィにより形成される。次に、当該マスク層の開口部から露出した下地層84に接するめっき層85が形成される。めっき層85は、たとえば、下地層84を導電経路とした電解めっきにより形成される。めっき層85の形成後、マスク層が全て除去される。
次に、図16Jに示すように、第2台座部71が形成される。より具体的には、第2台座部71を形成すべき領域に開口部を有するマスク層(図示せず)が、めっき層97に対するフォトリソグラフィにより形成される。次に、当該マスク層の開口部から露出しためっき層97に接する第2台座部71が形成される。第2台座部71は、たとえば、めっき層97および下地層96を導電経路とした電解めっきにより形成される。
次に、図16Kに示すように、めっき層97に接し、かつ基板62の厚さ方向に沿って延出する第2柱状体73が形成される。より具体的には、まず、第2柱状体73を形成すべき領域に開口部を有するマスク層(図示せず)が、めっき層97に対するフォトリソグラフィにより形成される。次に、当該マスク層の開口部から露出しためっき層97に接する第2柱状体73が形成される。第2柱状体73は、たとえば、めっき層97および下地層96を導電経路とした電解めっきにより形成される。第2柱状体73の形成後、マスク層が全て除去される。
次に、基板62の厚さ方向において主面78とは反対側に位置する基材110の一部が機械研削により除去する。このとき、基板62の厚さは、たとえば50μm〜100μmまで縮小される。
また、第2素子74が、はんだペーストから構成された第2接合層75によって第2台座部71に接合されており、かつ第2接合層75は、第2台座部71上の領域から第1絶縁層72の表面を覆う部分を有している。また、図6Bと同様の構造により、第2素子74の電極106の側面にフィレット(図6Bでは、フィレット47)が形成されている。その結果、第2素子74および第2台座部71に対して、第2接合層75を広い面積で接合することができるので、第2配線層70に対する第2素子74の接続信頼性を一層向上させることができる。
<第3実施形態>
図17は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置111の模式的な断面図である。
半導体装置111は、様々な電子機器の回路基板に表面実装される樹脂パッケージ形式のものである。図示は省略するが、半導体装置111の基板112の厚さ方向視(平面視)の形状は四角形である。
基板112は、主面126および裏面128を有する。
主面126は、基板112の厚さ方向を向く、基板112の上面である。主面126は、その全面がベース絶縁層113に覆われている。
また、基板112の厚さは、たとえば、50μm〜100μmであってもよい。
ベース絶縁層113は、基板112の主面126と封止樹脂124との双方に接する絶縁体である。
第1配線層114は、互いに積層された下地層133およびめっき層134から構成される。下地層133は、ベース絶縁層113の第2層130に接し、かつめっき層134に覆われている。
また、下地層133は、ベース絶縁層113の第2層130に接する側から積層されたTiとCuとの積層構造で構成されていてもよい。つまり、ベース絶縁層113の第2層130にTi層が接しており、Ti層上にCu層が形成されていてもよい。
第2配線層115は、基板112の主面126に対向して配置された導電部材である。この実施形態では、第2配線層115は、ベース絶縁層113の第2層130に接して配置されている。
この実施形態では、下地層137の厚さは、たとえば200〜300nmであり、めっき層138の厚さは、たとえば3μm〜10μmであってもよい。したがって、下地層137は、めっき層138よりも厚さが薄く設定されている。
また、めっき層138は、Cuから構成されていてもよい。したがって、下地層137の最表面およびめっき層138は、ともに同一の材料から構成されていてもよい。
第1絶縁層116は、第1配線層114上の領域から第2配線層115上の領域にまで延出している。第1絶縁層116は、第1配線層114のめっき層134および第2配線層115のめっき層138の一部に接している。これにより、第1配線層114および第2配線層115は、それぞれ、第1絶縁層116で覆われた被覆領域141,143と、第1絶縁層116で覆われていない露出領域142,144とを有している。露出領域142,144には、それぞれ、第1柱状体119および第2柱状体120が接している。
一方、薄膜部146は、第1配線層114のめっき層134および第2配線層115のめっき層138上に配置された部分である。つまり、薄膜部146は、第1絶縁層116の、第1配線層114および第2配線層115を覆う部分である。
第1台座部117は、第1配線層114上に形成され、かつ第1配線層114に導通する導電部材である。この実施形態では、第1台座部117は、第1開口部148を介して第1配線層114に接して配置されている。これにより、第1台座部117の第1開口部148に充填された部分は、その周囲から第1絶縁層116に支持されている。
この実施形態では、第1層150がTi/Cu層であり、第2層151がCu層であり、第3層152がNi層である。つまり、第1層150は、第1配線層114に接し、第2層151に覆われている。第2層151は、第1層150に接し、第3層152に覆われている。これにより、Ni層からなる第3層152は、第1接合層122と接合する上面153を有している。なお、第1層150、第2層151および第3層152は、それぞれ、作製方法に基づいて、下地層150、第1めっき層151および第2めっき層152と称してもよい。
第1層150の厚さは、たとえば200nm〜800nmであり、第2層151の厚さは、たとえば1.0μm〜8.0μmであり、第3層152の厚さは、たとえば1.0μm〜4.0μmであってもよい。したがって、第2層151は、第1層150および第3層152よりも厚さが厚く設定されている。
第2台座部118は、互いに異なる材料からなる第1層157、第2層158および第3層159を含む積層構造から構成されていてもよい。
第1層157の厚さは、たとえば200nm〜800nmであり、第2層158の厚さは、たとえば1.0μm〜8.0μmであり、第3層159の厚さは、たとえば1.0μm〜4.0μmであってもよい。したがって、第2層158は、第1層157および第3層159よりも厚さが厚く設定されている。
第1柱状体119の厚さ(高さ)は、たとえば、100μm〜300μmである。つまり、基板112は、第1柱状体119よりも厚さが薄く設定されている。各第1柱状体119の形状は、いずれも角柱状で、かつ同一である。
第1柱状体119は、基板112の厚さ方向に沿う側面164と、側面164に交差する端面165を有している。側面164は、封止樹脂124に覆われている。端面165は、後述する封止樹脂124の実装面172から露出し、かつ基板112の主面126と同じ方向を向いている。この実施形態に係る端面165は、四角形状である。端面165は、端子125に接している。
第2柱状体120の厚さ(高さ)は、たとえば、100μm〜300μmである。つまり、基板112は、第2柱状体120よりも厚さが薄く設定されている。各第2柱状体120の形状は、いずれも角柱状で、かつ同一である。
第2柱状体120は、基板112の厚さ方向に沿う側面168と、側面168に交差する端面169を有している。側面168は、封止樹脂124に覆われている。端面169は、後述する封止樹脂124の実装面172から露出し、かつ基板112の主面126と同じ方向を向いている。この実施形態に係る端面169は、四角形状である。端面169は、端子125に接している。
第1素子121は、半導体装置111に要求される機能に応じて様々な半導体素子を採ることができる。より具体的には、第1素子121は、いわゆるフリップチップ型の半導体素子であってよい。第1素子121の下面には、電極パッド(図示せず)が露出している。
第1素子121は、第1接合層122により第1台座部117に固着され、かつ第2接合層123により第2台座部118に固着されることによって、第1配線層114に搭載された構成となっている。あわせて、第1接合層122および第2接合層123により第1配線層114と第1素子121との導通が確保される。
封止樹脂124は、第1柱状体119の側面164、第2柱状体120の側面168および第1素子121を覆う絶縁体の部材である。この実施形態に係る封止樹脂124は、エポキシ樹脂を主剤とした黒色の合成樹脂である。
なお、第1柱状体119の端面165および第2柱状体120の端面169は、実装面172から露出する構成となっている。接合面173は、実装面172とは反対側を向き、かつ第1配線層114および第1絶縁層116に接する面である。封止樹脂124の厚さは、たとえば、100μm〜300μmである。このため、基板112は、封止樹脂124よりも厚さが薄く設定されている。
まず、図18Aに示すように、厚さ方向を向く主面174を有し、かつ単結晶の半導体材料から構成された基材175が準備される。この実施形態に係る基材175は、シリコンウエハである。基材175の厚さは、たとえば500μm〜800μmであってもよい。基材175は、半導体装置111の基板112の集合体に対応する。また、基材175の主面174は、基板112の主面126となる。なお、図18B以降では、基材175を基板112として半導体装置111の製造工程を説明する。
次に、図18Bに示すように、ベース絶縁層113に接する下地層176が形成される。下地層176は、たとえばスパッタリング法によって、ベース絶縁層113を覆うように形成される。下地層176は、第1配線層114の下地層133および第2配線層115の下地層137となる。
次に、図18Cに示すように、めっき層134,138が形成される。より具体的には、まず、めっき層134,138を形成すべき領域に開口部を有するマスク層(図示せず)が、下地層176に対するフォトリソグラフィにより形成される。次に、当該マスク層の開口部から露出した下地層176に接するめっき層134,138が形成される。めっき層134,138は、たとえば、下地層176を導電経路とした電解めっきにより形成される。めっき層134,138の形成後、マスク層が全て除去される。
次に、図18Fに示すように、感光性ポリイミド177に対して露光・現像を行うことによって、感光性ポリイミド177に第1開口部148および第2開口部149が形成される。また、第1配線層114の露出領域142および第2配線層115の露出領域144が露出する。さらに、第1配線層114と第2配線層115との間の領域147の反対側の領域において、ベース絶縁層113の一部が露出する。これにより、第1絶縁層116が形成される。
第2層151,158および第3層152,159は、たとえば、下地層178を導電経路とした電解めっきにより形成される。この実施形態に係る第1台座部117および第2台座部118は、互いに積層された第2層151,158(Cu層)および第3層152,159(Ni層)を含んでいる。
次に、図18Iに示すように、下地層178に接し、かつ基板112の厚さ方向に沿って延出する第1柱状体119(第2層167)および第2柱状体120(第2層171)が形成される。より具体的には、まず、第1柱状体119および第2柱状体120を形成すべき領域に開口部を有するマスク層(図示せず)が、下地層178に対するフォトリソグラフィにより形成される。
次に、基板112の厚さ方向において主面126とは反対側に位置する基板112の一部が機械研削により除去する。このとき、基板112の厚さは、たとえば50μm〜100μmまで縮小される。
たとえば、前述の実施形態で説明した序数を含む構成要素(たとえば、第1素子10,67,121、第2素子12,74、第1配線層4,64,114、第2配線層70,115等)は、特許請求の範囲に記載された序数を含む構成要素と必ずしも一致していなくてもよい。たとえば、請求項1に記載の「第1素子」は、前述の第2実施形態における「第2素子74」に対応していてもよい。
2 基板
4 第1配線層
5 第1台座部
6 第2台座部
7 第1絶縁層
8 第2絶縁層
9 柱状体
10 第1素子
11 第1接合層
12 第2素子
13 第2接合層
14 封止樹脂
16 主面
34 第1層
35 第2層
38 表面
39 上面
40 引き出し部
47 フィレット
61 半導体装置
62 基板
64 第1配線層
65 第1台座部
66 第1柱状体
67 第1素子
68 第1接合層
69 第1封止樹脂
70 第2配線層
71 第2台座部
72 第1絶縁層
73 第2柱状体
74 第2素子
75 第2接合層
76 第2封止樹脂
78 主面
111 半導体装置
112 基板
114 第1配線層
115 第2配線層
116 第1絶縁層
117 第1台座部
118 第2台座部
119 第1柱状体
120 第2柱状体
121 第1素子
122 第1接合層
123 第2接合層
124 封止樹脂
126 主面
Claims (21)
- 主面を有する基板と、
前記基板の主面に対向する第1配線層と、
前記第1配線層上に形成され、かつCuを含む材料からなる第1台座部と、
前記第1台座部を取り囲む第1絶縁層と、
前記第1配線層に搭載され、かつ前記第1台座部を介して前記第1配線層に導通する第1素子と、
前記第1素子と前記第1台座部との間に介在され、前記第1台座部に接続された第1接合層と、
前記第1配線層に導通し、前記基板の厚さ方向に沿って延出し、かつ前記第1素子とは離間して配置された第1柱状体と、
前記第1素子を覆う第1封止樹脂とを含む、半導体装置。 - 前記第1接合層は、前記第1台座部上の領域から第1絶縁層の表面を覆う部分を有している、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1配線層上に形成され、Cuを含む材料からなり、かつ前記第1台座部よりも小さな平面面積を有する第2台座部と、
前記第2台座部を取り囲む第2絶縁層と、
前記第1配線層に搭載され、かつ前記第2台座部を介して前記第1配線層に導通する第2素子と、
前記第2素子と前記第2台座部との間に介在され、前記第2台座部に接続され、かつ少なくとも前記第2台座部との間に空間を有する第2接合層とを含む、請求項2に記載の半導体装置。 - 前記第1接合層は、はんだペーストからなり、
前記第2接合層は、はんだフラックスからなる、請求項3に記載の半導体装置。 - 前記第1絶縁層および前記第2絶縁層は、ポリイミドからなる、請求項3または4に記載の半導体装置。
- 前記第2絶縁層は、前記第1配線層上の領域に形成された環状の第2枠状体を含む、請求項3〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記第1素子は、表面実装型の受動素子を含み、
前記第2素子は、フリップチップ型の半導体素子を含む、請求項3〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記第1柱状体に導通する第2配線層と、
前記第2配線層上に形成され、前記第1台座部よりも小さな平面面積を有し、かつ露出した側面を有する第3台座部と、
前記第2配線層に搭載され、かつ前記第3台座部を介して前記第2配線層に導通する第3素子と、
前記第3台座部上に配置された第3接合層と、
前記第2配線層に導通し、前記基板の厚さ方向に沿って延出し、かつ前記第3素子とは離間して配置された第2柱状体と、
前記第3素子を覆う第2封止樹脂とを含む、請求項2に記載の半導体装置。 - 前記第1素子および前記第3素子は、前記基板の厚さ方向において互いに対向している、請求項8に記載の半導体装置。
- 前記第1接合層は、はんだペーストからなり、
前記第3接合層は、はんだフラックスからなる、請求項8または9に記載の半導体装置。 - 前記第1封止樹脂および前記第2封止樹脂は、ともにエポキシ樹脂を主剤とした合成樹脂からなる、請求項8〜10のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記第1素子は、表面実装型の受動素子を含み、
前記第3素子は、フリップチップ型の半導体素子を含む、請求項8〜11のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記第1絶縁層は、前記第1配線層上の領域に形成された環状の第1枠状体を含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記第1台座部は、互いに積層されたNi層およびCu層を含み、
前記Cu層は、前記第1接合層と接合する上面を有している、請求項1〜13のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記Cu層は、前記第1絶縁層の前記表面よりも上方に突出し、かつ前記第1絶縁層の前記表面よりも上方に位置する上面を有している、請求項14に記載の半導体装置。
- 前記Cu層は、前記第1絶縁層の前記表面に沿って引き出された引き出し部を有し、かつ前記引き出し部が前記第1絶縁層の前記表面を覆っている、請求項15に記載の半導体装置。
- 前記Cu層は、その全体が前記第1絶縁層に埋め込まれており、かつ前記第1絶縁層の前記表面よりも下方に位置する上面を有している、請求項14に記載の半導体装置。
- 前記Ni層は、前記Cu層よりも厚さが薄く設定されている、請求項14〜17のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記電極パッドに導通し、かつ前記第1配線層から離間して配置された第2配線層と、
前記第2配線層上に形成され、かつCuを含む材料からなる第2台座部とを含み、
前記第1絶縁層は、前記第1配線層上の領域から前記第2配線層上の領域にまで延出し、かつ前記第1台座部および前記第2台座部の両方を一体的に取り囲んでおり、
前記第1素子は、前記第1台座部および前記第2台座部を介して前記第1配線層および前記第2配線層に導通している、請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第1絶縁層は、前記第1柱状体とは離間して配置されている、請求項19に記載の半導体装置。
- 前記第1絶縁層は、ポリイミドからなる、請求項19または20に記載の半導体装置。
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