JP4016984B2 - 半導体装置、半導体装置の製造方法、回路基板、及び電子機器 - Google Patents

半導体装置、半導体装置の製造方法、回路基板、及び電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法、回路基板、及び電子機器に関する。
近年、携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal data assistance）などの携帯型の電子機器では、小型化や軽量化への要求に伴い、内部に設けられている半導体装置などの各種の電子部品の小型化が図られている。このような背景の下に、半導体装置の三次元実装技術が提案されている。この三次元実装技術は、同様の機能を有した半導体装置同士、又は異なる機能を有する半導体装置を積層する技術である。例えば、貫通電極を有した半導体装置装置を複数積層して、最下層となる半導体装置をインターポーザ基板上に実装し、再配置配線を行うことで基板上に実装する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２８２８１９号公報
ところが、前記基板上に実装する半導体装置の積層体においても、より小さく薄くしたいとの要求があり、したがってこのような要求に応じるべく、さらなる改善が求められている。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、貫通電極を備えて三次元実装を可能にした半導体装置について、さらなる小型化、薄型化を可能にした、半導体装置、半導体装置の製造方法、回路基板、及びこの回路基板を備えた電子機器を提供することにある。
本発明者は、前記課題を解決するため鋭意研究した結果、以下の知見を得た。
前記半導体装置の積層体は、最下層の半導体装置を実装するインターポーザ基板を無くすことで、薄型化を図ることができる。そして、インターポーザ基板を不要とするためには、半導体基板から突出した貫通電極に接続する配線層を形成して、半導体装置の再配線化を行い、半導体装置の薄型化を図る方法が考えられる。しかしながら、その場合には、前記貫通電極と前記半導体基板との間の段差により、前記配線層に断線が生じ易くなるといった新たな課題が生じてしまう。
そこで、半導体基板上に樹脂層を設けることで前記の段差を小さくし、配線層の断線することに考え至り、本発明を完成させた。
本発明の半導体装置は、半導体基板と、該半導体基板を貫通し、集積回路が形成された半導体基板の能動面、及びその裏面から突出する貫通電極と、を備えた半導体装置において、前記半導体基板の能動面側に設けられ、かつ前記能動面側に突出した貫通電極の高さよりも厚く、該貫通電極の少なくとも一部を露出し、前記貫通電極に向かって内径が狭められるテーパ状の開口を有した第１の樹脂層と、該第１の樹脂層上に設けられ、かつ前記開口を介して前記貫通電極の上面に接続する配線層と、該配線層に接続する外部接続端子と、前記配線層の厚みよりも厚く、かつ前記第１の樹脂層よりも薄く、前記第１の樹脂上にて前記配線層の前記外部接続端子に接続する部分を露出させた状態に設けられる第２の樹脂層とを備え、前記第１の樹脂層は、前記開口の高さが前記半導体基板と前記貫通電極との間に生じる段差より低くなる膜厚に設定されることを特徴とする。
本発明の半導体装置によれば、第１の樹脂層が設けられていることにより、配線層を形成する際に、前記開口の高さが半導体基板と貫通電極との間に生じる段差より低いので、前記開口によって前記貫通電極と前記配線との間の断線が防止されたものとなる。また、第１の樹脂層に設けられた開口がテーパ形状となっているので、前記配線層がテーパ形状に沿ってなめらかに形成されることで、やはり断線することなく前記貫通電極に接続したものとなる。
また、第１の樹脂層が設けられていることで、半導体装置を基板上に実装した際に外部接続端子及び配線層に外力がかかった場合でも、前記第１の樹脂層が応力緩和層として機能し、配線層と貫通電極との接続部への力を緩和するようになる。よって、この接続部での接続信頼性が高いものとなる。
また、貫通電極に接続する外部接続端子を備えることで、インターポーザ基板を用いることなく半導体装置に再配置配線が形成されたものとなる。したがって、半導体装置は、インターポーザ基板が不要となり、更なる小型化、薄型化が図られたものとなる。
さらに、第２の樹脂層は、前記外部接続端子に接続する配線層を露出しているので、外部接続端子を形成する際に、前記第２の樹脂層を隔壁として利用できる。また、前記配線層を覆う第２の樹脂層を備えているので、配線層を保護することができる。そして、前記第２の樹脂層が前記第１の樹脂層より薄く形成されているので、第２の樹脂層の膜応力を小さくでき、半導体基板に生じる反りを緩和することができる。
また、前記半導体装置においては、前記半導体基板の裏面には、少なくとも前記貫通電極の端面を露出させる第３の樹脂層が設けられており、前記半導体基板の裏面側に突出した前記貫通電極に接続し、前記半導体基板の中央部に向かって形成される第２の配線層を有し、該第２の配線層に他の半導体装置、又は電子部品が接続されてなるのが好ましい。
また、前記半導体装置においては、前記第２の樹脂層が、平面視した状態で前記第１の樹脂層の内側の領域に形成されていることが好ましい。
このようにすれば、第１の樹脂層上に形成される第２の樹脂層の面積が小さくなり、半導体基板に生じる反りを更に小さくすることができる。
また、前記半導体装置においては、前記半導体基板の裏面には、少なくとも前記貫通電極の端面を露出させる第３の樹脂層が設けられていることが好ましい。
このようにすれば、半導体基板の裏面に第３の樹脂層を設けているので、半導体基板の能動面に形成した第１の樹脂層及び第２の樹脂層によって半導体基板に生じる反りを緩和することができる。また、前記第３の樹脂は少なくとも貫通電極の一部を露出しているので、前記裏面側の貫通電極に接続することで半導体装置を積層することができる。
また、前記半導体装置においては、前記半導体基板の裏面側に突出した前記貫通電極に、他の半導体装置、又は電子部品が接続されてなることが好ましい。
このようにすれば、インターポーザ基板を不要にした半導体装置に、他の半導体層や電子部品を積層されているので、小型かつ高密度で高機能を有した半導体装置となる。
また、前記半導体装置においては、前記半導体基板の裏面側に突出した貫通電極に接続する第２の配線層を有したことが好ましい。
このようにすれば、前記半導体基板の裏面側に突出した貫通電極に接続する第２の配線層を有しているので、例えばこの第２の配線層を種々に配置させることで半導体装置上に実装可能な半導体装置、及び電子部品の選択の自由度を向上させることができる。
また、前記半導体装置においては、前記裏面側に実装された他の半導体装置、又は電子部品を封止する樹脂を備えたことが好ましい。
このようにすれば、樹脂層によって封止することで、半導体装置に実装された他の半導体装置、又は電子部品を確実に保持することができ、半導体装置の信頼性を向上することができる。
本発明の半導体装置の製造方法においては、半導体基板に、集積回路が形成された前記半導体基板の能動面側、及びその裏面側に突出する貫通電極を形成する工程と、前記能動面側に突出した貫通電極の高さより厚く、かつ前記貫通電極の少なくとも一部を露出し、前記貫通電極に向かって内径が狭められるテーパ状の開口を有する第１の樹脂層を形成する工程と、前記開口を介して前記貫通電極の上面に接続する配線層を形成する工程と、前記配線層に接続する外部接続端子を形成する工程と、前記配線層の厚みよりも厚く、かつ前記第１の樹脂層よりも薄く、前記配線層の前記外部接続端子に接続する部分を露出させる第２の樹脂層を前記第１の樹脂層上に形成する工程とを備えており、前記第１の樹脂層の形成工程では、該第１の樹脂層の膜厚が前記開口の高さが前記半導体基板と前記貫通電極との間に生じる段差より低くなる膜厚に設定されることを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、前記開口の高さが能動面側に突出した貫通電極と半導体基板との段差より低く形成されので、前記開口によって前記貫通電極と前記配線との間の断線を防止することができる。また、第１の樹脂層に設けられた開口がテーパ形状をなすので、配線層がテーパ形状に沿ってなめらかに第１の配線と接続することができる。よって、半導体基板と貫通電極との間に生じる凹凸によって、配線層の断線を防止することができる。
また、前記配線層に接続する外部接続端子を形成しているので、半導体装置を基板上に実装した際に外部接続端子に外力が加わった場合でも、第１の樹脂層が応力緩和層として機能するようになる。よって、配線層と貫通電極との接続部における接続信頼性を向上できる。
また、貫通電極に接続する外部接続端子を形成することで、インターポーザ基板を用いることなく、半導体装置に再配置配線を形成することができる。よって、インターポーザ基板が不要となり、半導体装置の小型化、薄型化を図ることができる。
さらに、第２の樹脂層は、前記外部接続端子に接続する配線層を露出しているので、外部接続端子を形成する際に、前記第２の樹脂層を隔壁として利用できる。また、前記配線層を覆う第２の樹脂層を備えているので、配線層を保護することができる。そして、前記第２の樹脂層が前記第１の樹脂層より薄く形成されているので、第２の樹脂層の膜応力を小さくでき、半導体基板に生じる反りを緩和することができる。
また、前記半導体装置の製造方法においては、前記半導体基板の裏面に、少なくとも前記貫通電極を露出させる第３の樹脂層を形成する工程と、前記半導体基板の裏面側に突出した前記貫通電極に接続し、前記半導体基板の中央部に向かう第２の配線層を形成する工程と、該第２の配線層に他の半導体装置、又は電子部品を接続する工程と、を備えることが好ましい。
また、前記半導体装置の製造方法においては、前記半導体基板として半導体ウエハを用い、該半導体ウエハ上に複数の前記半導体装置を形成した後、前記半導体ウエハを前記半導体装置毎に切断することが好ましい。
このようにすれば、１つの半導体ウエハ上に複数の半導体装置を形成した後、切断することで個片化した半導体装置を形成することができるので、半導体装置の生産性を向上することができる。
また、前記半導体装置の製造方法においては、前記第１の樹脂層を、前記半導体ウエハの切断部分に重ならないように形成することが好ましい。
このようにすれば、前記第１の樹脂層が切断部分に形成されていないので、半導体装置を個片化する際の前記第１の樹脂層の剥離を防止することができる。
また、前記半導体装置の製造方法においては、前記貫通電極を形成する工程おいて、前記基板の能動面に該能動面側に形成された前記集積回路の導電部に通じる穴を形成し、該穴内に導電部を形成し、前記半導体基板を裏面側から薄型加工をすることで、貫通電極を形成することが好ましい。
例えば、半導体基板に貫通孔を形成し、貫通電極を形成する場合、半導体基板が薄いと割れてしまうおそれがある。そこで、本発明を採用すれば、半導体基板に穴を形成した後、この穴に導電部を形成し、裏面側から半導体基板を薄くして貫通電極を形成しているので、貫通電極を備え、半導体基板の割れを防止した小型の半導体装置を得ることができる。
また、前記半導体装置の製造方法においては、前記半導体基板の裏面に、少なくとも前記貫通電極を露出させる第３の樹脂層を形成することが好ましい。
このようにすれば、前記半導体基板の裏面に形成した第３の樹脂層によって、前記能動面に形成した前記第１の樹脂層の膜応力を抑えることで、半導体基板及び半導体ウエハの反りを緩和することができる。
また、前記半導体装置の製造方法においては、前記第３の樹脂層を形成するに際して、感光性樹脂を用いて露光、現像することで裏面側に突出した貫通電極を少なくとも露出させる開口を形成した後、硬化時の樹脂ダレによって前記貫通電極と前記第３の樹脂層とを接触させるように、前記感光性樹脂を硬化することが好ましい。
このようにすれば、前記貫通電極を少なくとも露出させる開口を形成しているので、前記貫通電極の形状が小さい場合でも、前記第３の樹脂層を形成する際の貫通電極に対するアライメントを容易にすることができる。また、第３の樹脂層を硬化させる際に、第３の樹脂層がダレることで第３の樹脂層と貫通電極とを接触させるようになる。よって、例えば半導体装置を積層する際に、貫通電極間に設けるろう材が垂れ下がった場合でも、前記第３の樹脂層によって半導体基板に直接接触しないため、ショートを防止できる。
また、前記半導体装置の製造方法においては、前記第３の樹脂層を形成するに際して、前記第３の樹脂で前記貫通電極を覆うようにして塗布した後、プラズマ処理によって貫通電極を露出させることが好ましい。
このようにすれば、前記第３の樹脂を形成する際に、前記半導体装置とアライメントする必要がないので、製造工程を簡略化することが出来る。また、前述した場合と同様に、前記第３の樹脂層によって、半導体装置の積層時におけるショートを防止できる。
また、前記半導体装置の製造方法においては、前記第３の樹脂層を形成するに際して、ポリマーフィルムで前記貫通電極を覆い、その状態で加熱するとともに圧着し、前記ポリマーフィルムに、前記裏面側から突出した貫通電極を貫通させることが好ましい。
このようにすれば、前記第３の樹脂を形成する際に、前記半導体装置とアライメントする必要がないので、製造工程を簡略化することが出来る。また、前述した場合と同様に、前記第３の樹脂層によって、半導体装置の積層時におけるショートを防止できる。
本発明の回路基板は、前記半導体装置を備えたことを特徴とする。
本発明の回路基板によれば、インターポーザ基板を使用することなく回路基板に実装でき、再配線部での断線を防止し、薄型化及び高密度化が図られた半導体装置を備えているので、この半導体装置を備えた回路基板自体も小型で信頼性の高いものとなる。
本発明の電子機器は、前記回路基板を備えたことを特徴とする。
本発明の電子機器によれば、前記小型で信頼性の高い回路基板を備えているので、この回路基板を備えた電子機器は小型で信頼性の高いものとなる。
以下、本発明の半導体装置、半導体装置の製造方法、回路基板、及び電子機器について説明する。
まず、本発明の半導体装置について説明する。
図１は、本発明の半導体装置１を示す図である。図１に示すように、半導体装置１は、シリコンウエハを切断したシリコン基板からなる半導体基板１０と、トランジスタやメモリ素子、その他の電子素子からなる集積回路（図示せず）が形成された前記半導体基板１０の能動面１０Ａと、この能動面１０Ａの反対側の裏面１０Ｂとを貫通する貫通電極１２とを備えている。本実施形態における貫通電極３０は、能動面側の端子部分の外形は、裏面側の端子部分の外形に比べて大きく、平面視円形状又は正方形状等に形成されたものである。また、前記半導体基板１０には、前記貫通電極１２を形成するための穴部１２Ｈが形成されている。
前記穴部１２Ｈには絶縁膜１３が設けられており、前記貫通電極１２と前記半導体基板１０とを電気的に絶縁するようにしている。なお、以下の説明において、前記能動面１０Ａ側に突出した貫通電極１２を第１電極部１２Ａとし、前記裏面１０Ｂ側に突出した貫通電極１２を第２電極部１２Ｂとする。
前記半導体基板１０の能動面１０Ａ上には下地層１１が設けられている。下地層１１は、例えば酸化珪素（ＳｉＯ２）等の絶縁性材料によって形成されている。また、下地層１１上には電極１５が設けられ、その電極１５が設けられた領域以外の領域には第１絶縁層１４が設けられている。また、前記電極１５は貫通電極１２の前記第１電極部１２Ａと電気的に接続されている。
また、前記能動面１０Ａから前記第１電極部１２Ａの上面までの高さは、２０μｍ未満となっていることが好ましい。
そして、前記能動面１０Ａ側の前記半導体基板１０上には、前記能動面１０Ａ側に突出した前記第１電極部１２Ａの高さよりも厚く（本実施形態では、２０μｍ）、ポリイミド樹脂等の感光性樹脂からなる第１の樹脂層１８が形成されている。
前記第１の樹脂層１８には、前記能動面１０Ａ側に突出した第１電極部１２Ａの上面を少なくとも一部を露出する開口１８Ｈが形成されている。また、前記開口１８Ｈは、前記第１電極部１２Ａに向かって内径を狭めるテーパ形状となっている。そして、前記第１の樹脂層１８上には、前記開口１８Ｈを介して、前記第１電極部１２Ａに接続する配線層２１が形成されている。よって、前記配線層２１はテーパ形状に沿ってなめらかに形成されることで、前記半導体基板１０と前記第１電極部１２Ａとの間の段差による配線層２１の断線を防止するようになっている。
前記第１の樹脂１８上には、前記配線層２１の厚みよりも厚く、前記第１の樹脂層１８よりも薄い第２の樹脂層２２が形成されている。前記第２の樹脂層２２は、前記第１の樹脂１８上に設けられた前記配線層２１を覆うようになっていて、外力から前記配線層２１を保護することができる。そして、前記第２の樹脂層２２を前記第１の樹脂層１８より薄くすることで、第２の樹脂層２２の膜応力を小さくすることができ、半導体基板１０の反りを緩和するようにしている。
また、前記第２の樹脂層２２は、後述する外部接続端子に接続する部分を露出させた状態となっている。そして、前記第２の樹脂層２２から露出した配線層２１上には、ハンダボール（外部接続端子）２３が設けられている。なお、前記第２の樹脂層２２は、ハンダボール２３を形成する際の隔壁として利用できる程度の厚みに形成されていることがこのましい。
また、前記ハンダボール２３は、前記配線層２１を介して前記貫通電極１２に接続することで、前記半導体基板１０の能動面１０Ａ上に設けられた集積回路に電気的に接続されている。
したがって、前記ハンダボール２３及び前記配線層２１によって、前記半導体基板１０に設けられた貫通電極１２に対して再配置配線を形成することで、半導体装置１の実装性を向上させるようになっている。
また、半導体基板１０の裏面１０Ｂ側には、少なくとも前記第２電極部１２Ｂの端面を露出させる第３の樹脂層２４が形成されている。前記第３の樹脂層２４は、前述した第１の樹脂層１８と同じポリイミド樹脂からなっている。なお、前記第３の樹脂層２４は、前記半導体基板１０の能動面１０Ａ側に形成した第１の樹脂層１８及び第２の樹脂層２２によって半導体基板１０に生じる反りを緩和するようになっている。また、本実施形態では、前記貫通電極１２が前記第３の樹脂層２４を貫通しているので、前記第３の樹脂層２４が前記貫通電極１２の側面部と密着して形成されるようになっている。したがって、半導体基板１０を絶縁しているので、前記半導体装置１に後述するように半導体部品を実装する場合に、前記第３の樹脂層２４を貫通した第２電極部１２Ｂのみで前記半導体部品と半導体装置１とが接続可能となっている。
次に、図を参照にして、本発明の半導体装置１の製造方法について説明する。ここで、本実施形態においては、半導体装置１を形成するに際して、Ｗ−ＣＳＰ（Wafer level Chip Scale Package）技術を用いることで、シリコンウエハ（半導体ウエハ）上に複数の半導体装置１を同時に一括して形成し、再配置配線を形成して樹脂封止することで、半導体装置１を個片化する製造方法について説明する。なお、半導体装置１を製造する途中工程を示す図２〜図１２においては、図を簡略化し、シリコンウエハ上に形成した１つの半導体装置１を示している。なお、以下の製造工程の説明に用いるシリコンウエハと半導体基板１０とは同じものとする。
（貫通電極の形成工程）
まず、図２に示すように、シリコンウエハからなる半導体基板１０の能動面１０Ａ上に下地層１１を形成し、その下地層１１上に電極１５を形成する。ここで、半導体基板１０の前記能動面１０Ａ上には、例えばトランジスタ、メモリ素子、その他の電子素子を含む集積回路（不図示）が形成されている。前記下地層１１は絶縁層であって、シリコン（Ｓｉ）の酸化膜（ＳｉＯ２）からなっている。前記電極１５は、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等によって形成されていて、前記集積回路と電気的に接続する。そして、下地層１１及び電極１５を覆うように、第１絶縁層１４を形成する。
前記第１絶縁層１４は、ポリイミド樹脂、シリコン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコン変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）等で形成することができる。あるいは、前記第１絶縁層１４は、酸化珪素（ＳｉＯ２）、窒化珪素（ＳｉＮ）等、絶縁性があれば他のもので形成されてもよい。
次に、スピンコート法等によりフォトレジスト（不図示）を前記第１絶縁層１４上の全面に塗布する。そして、所定のパターンが形成されたマスクを用いて露光処理が行った後、現像処理を行う。これにより、フォトレジストは所定形状にパターニングされる。
そして、エッチング処理を行い、電極１５を覆う第１絶縁層１４の一部を除去して、開口部を形成する。次に、前記開口部を形成した第１絶縁層１４上のフォトレジストをマスクとして、ドライエッチングを行うことで、電極１５を貫通し、下地層１１、及び半導体基板１０の一部が除去される。これにより、図３に示すように、半導体基板１０の能動面１０Ａ側の一部に穴部１２Ｈを形成できる。
次に、図４に示すように、第１絶縁層１４上及び穴部１２Ｈの内壁及び底面に絶縁膜１３を形成する。前記絶縁膜１３は、電流リークの発生、酸素及び水分等による半導体基板１０の浸食等を防止するために設けられ、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）を用いて形成した正珪酸四エチル（Tetra Ethyl Ortho Silicate：Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４：以下、ＴＥＯＳという）、すなわちＰＥ−ＴＥＯＳ、及び、オゾンＣＶＤを用いて形成したＴＥＯＳ、すなわちＯ３−ＴＥＯＳ、又はＣＶＤを用いて形成した酸化珪素（ＳｉＯ２）を用いることができる。なお、絶縁膜１３は、絶縁性があれば、他の物でも良く、樹脂でもよい。なお、簡単のため、第１絶縁層１４上に設けられた絶縁膜１３はその図示が省略されている。そして、電極１５上に設けられた絶縁膜１３及び第１絶縁層１４ををエッチングにより除去する。
次に、図５に示すように、電気化学プレーティング（ＥＣＰ）法を用いて、前記穴部１２Ｈの内側及び電極１５上にめっき処理を施し、その穴部１２Ｈの内側に貫通電極１２を形成するための導電性材料を埋め込む。前記貫通電極１２を形成するための導電性材料としては、例えば銅（Ｃｕ）を用いることができ、穴部１２Ｈには銅（Ｃｕ）が埋め込まれる。これにより、電極１５上に突出した形状の貫通電極１２が形成される。このとき、前記半導体基板１０の能動面側１０Ａに突出した貫通電極１２の第１電極部１２Ａの高さは、２０μｍ未満となることが好ましい。
なお、本実施形態における貫通電極１２を形成する工程には、ＴｉＮ、Ｃｕをスパッタ法で形成（積層）する工程と、Ｃｕをめっき法で形成する工程とが含まれる。また、ＴｉＷ、Ｃｕをスパッタ法で形成（積層）する工程と、Ｃｕをめっき法で形成する工程とが含まれたものであってもよい。また、貫通電極１２の形成方法としては、上述した方法に限らず、導電ペースト、溶融金属、金属ワイヤ等を埋め込んでもよい。
（第１の樹脂層の形成工程）
次に、図６に示すように、前記半導体基板１０の能動面１０Ａには、この能動面１０Ａ側に突出した前記第１電極部１２Ａの高さより厚い、２０μｍの厚みの第１の樹脂層１８を形成する。このとき、前記第１の樹脂層１８は、後述するシリコンウエハ（半導体基板１０）の切断部分に重ならないように形成することが好ましい。このようにすれば、シリコンウエハを切断して半導体装置１を個片化する際に、前記第１の樹脂層１８が切断され、剥離することを防止できる。
この第１の樹脂層１８を形成する方法としては、感光性樹脂である前述したポリイミド樹脂を用いて、前記能動面１０Ａ上に塗布する。そして、露光、現像をすることで、前記ポリイミド樹脂に前記貫通電極１２の第１電極部１２Ａの少なくとも一部を露出させる開口１８Ｈを形成する。また、前記開口１８Ｈを形成する方法として、ドライエッチングなどを用いてもよい。また、前記ポリイミド樹脂の代わりに、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール系樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）等の絶縁性を有する樹脂を用いてもよい。
なお、前記開口１８Ｈの形状は、前記第１の電極部１２に向かって内径を狭めるテーパー形状に形成することで、後の工程で形成する配線層２１の断線を防止することができる。また、本実施形態では、前記開口１８Ｈの深さが半導体基板１０と前記第１電極部１２Ａとの間に生じる段差に比べ低くなる。
このようにして、前記半導体基板１０上に第１の樹脂層１８を形成できる。
（配線層の形成工程）
次に、図７に示すように、前記開口１８Ｈを介して前記第１電極部１２Ａに接続する配線層２１を前記第１の樹脂層１８上に形成する。
前記配線層２１は、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケルバナジウム（ＮｉＶ）、タングステン（Ｗ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、Ｐｄ（パラジウム）のうち少なくとも１つを含む材料で形成されており、例えばスパッタ法により形成される。また、これらの材料のうち少なくとも２つの材料を積層することで配線層２１を形成してもよい。本実施形態における配線層２１を形成する工程には、ＴｉＷ、Ｃｕの順にスパッタ法により形成し、Ｃｕをメッキする工程が含まれる。また、液滴吐出法を用いて、導電材料を吐出して焼成させることで、前記配線層２１を形成してもよい。
ここで、前述したように、前記開口１８Ｈがテーパ形状となっているので、前記配線層２１がテーパ形状に沿ってなめらかに形成される。よって、半導体基板１０と貫通電極１２との間に生じる段差による、前記配線層２１の断線を防止することができる。また、前記開口１８Ｈの高さが、前述したように半導体基板１０と貫通電極１２との段差より低いので、前記貫通電極１２に直接配線層２１を形成する場合に比べて、前記配線層２１の断線をより確実に防止できる。
このようにして、前記開口１８Ｈを介して、前記第１電極部１２Ａに接続する配線層２１が形成できる。
（第２の樹脂層の形成工程）
次に、図８に示すように、前記第１の樹脂１８上に、前記配線層２１の厚み（２０μｍ未満）よりも厚く、前記第１の樹脂層１８よりも薄い第２の樹脂層２２を形成する。なお、前記第２の樹脂層２２の材料としては、前記第１の樹脂層１８と同じ材料を用いることができる。
前記第２の樹脂層２２の形成方法としては、例えば前記第１の樹脂層１８の全面を覆うようにして、前記第１の樹脂層１８上に塗布する。このとき、例えば前記第２の樹脂層２２として感光性樹脂を用いる。よって、露光マスクを用いて、露光し現像を行うことで、後述するハンダボール２３を接続する部分のみを現像することで除去し、前記配線層２１の一部を露出させた状態に形成する。また、液滴吐出法を用いることで、所望の位置に樹脂を吐出することで、前記ハンダボール２３の接続部を露出させた第２の樹脂層２２を形成するようにしてもよい。
このようにして、前記配線層２１が第２の樹脂層２２によって覆われているので、前記配線層２１を外力などから保護することができる。そして、第２の樹脂層２２を前記第１の樹脂層１８より薄くすることで、第２の樹脂層２２の膜応力を小さくすることができ、半導体基板１０の反りを緩和することができる。また、前記第２の樹脂層２２が、平面視した状態で前記第１の樹脂層１８の内側の領域に形成されていることが好ましい。
このようにすると、前記第１の樹脂層１８上に形成される第２の樹脂層１８の面積を小さくすることができ、半導体基板に生じさせる反りを更に小さくすることができる。また、前記第１の樹脂層１８上に形成されることで、前述したようにシリコンウエハ（半導体基板１０）の切断部分に重なることがなく、半導体装置１を個片化する際の前記第２の樹脂層２２の剥離を防止できる。
（半導体基板の薄型処理）
次に、図９に示すように、紫外光（ＵＶ光）の照射により剥離可能な接着剤２８で、前記半導体基板１０の能動面１０Ａ側にガラス板２００を貼り付ける。このガラス板２００はＷＳＳ（Wafer SupportSystem）と呼ばれるものの一部であって、半導体基板（シリコンウエハ）１０はガラス板２００に支持された状態となる。そして、半導体基板（シリコンウエハ）１０をガラス板２００を貼り付けた状態で、半導体基板１０のに対して研削処理、ドライエッチング処理、あるいはウエットエッチング処理等の所定の薄型加工が施される。また、これらの処理を併用してもよい。
これにより、図１０に示すように、半導体基板１０が薄くされるとともに、貫通電極１２の一端部が、裏面側１０Ｂ側より露出することで、第２電極部１２Ｂとなる。このとき、前記第２電極部１２Ｂの側面部は、絶縁層１３によって一部が覆われた状態となっている。
通常、薄くなった半導体基板１０に貫通孔を形成する場合、半導体基板１０が割れてしまうおそれがある。そこで、本発明を採用すれば、半導体基板１０に穴部１２Ｈを形成した後、前述したＷＳＳ（Wafer SupportSystem）を用いることで、ガラス基板２００に支持した状態で、裏面１０Ｂ側から半導体基板１０を薄くしていくことで、貫通電極１２を備えた薄型加工された半導体基板１０を得ることができる。
（第３の樹脂層の形成工程）
次に、図１１に示すように、前記半導体基板１０の裏面１０Ｂに、少なくとも前記貫通電極１２の第２電極部１２Ｂの端面を露出させる第３の樹脂層２４を形成する。なお、前記第２電極部１２Ｂの端面の露出は、例えば前記第２電極部１２Ｂ上にろう材などを介して半導体チップなどを実装する場合に、前記半導体チップの端子と前記第２電極部１２Ｂとが、導通できる程度の露出となっている。
ここで、前記第３の樹脂層２４を形成する方法としては、次の方法がある。
第１の方法としては、例えばポリイミド樹脂などの感光性樹脂材料を用いて前記半導体基板１０の裏面１０Ｂに塗布した後、露光マスクを用いて、露光し、さらに現像することで、裏面１０Ｂ側に突出した第２電極部１２Ｂの外径より大きい開口を形成する。よって、前記貫通電極１２の形状が小さい場合でも、前記第３の樹脂層２４を形成する際の貫通電極１２に対するアライメントを容易にすることができる。
そして、この感光性樹脂を熱硬化させる際の樹脂ダレを利用することで、前記貫通電極１２と前記感光性樹脂とを密着させる。このようにして、第３の樹脂層２４は、前記貫通電極１２を貫通させた状態に形成されたものとなる。
なお、前記半導体基板１２の裏面１０Ｂに形成した第３の樹脂層２４は、前記能動面１０Ａに形成した第１の樹脂層１８、及び第２の樹脂層２２の膜応力を抑えることで、半導体基板１０の反りを緩和することができる。また、貫通電極１２が第３の樹脂層２４を貫通しているので、前記貫通電極１２と第３の樹脂層２４の側壁部とは接触するようになっている。よって、半導体装置１上に半導体チップを実装し、前記貫通電極１２間に設けるろう材が垂れ下がった際にも、裏面１０Ｂ側の半導体基板１０のシリコン部分に直接接触することがなく、ショートを防止できる。
第２の方法としては、ポリイミド樹脂を、例えばスピンコート法によって前記第２電極部１２Ｂを覆うようにして前記半導体基板１０の裏面１０Ｂ前面に塗布した後、プラズマ処理を用いて、第２電極部１２Ｂを露出させることで第３の樹脂層２４を形成する。
このとき、スピンコート法によって塗布する樹脂の膜厚を前記裏面１０Ｂから突出する第２電極部１２Ｂを僅かに覆うようにして形成することが好ましい。このようにすれば、プラズマ処理によって除去する樹脂の量が少なくなり、プラズマ処理を行う時間を短くすることができる。
また、前記第３の樹脂２４を形成する際して、スピンコート法を用いているので、前記半導体基板１０に対して正確なアライメントを行う必要がなく、前記第３の樹脂層２４の製造工程を簡略化することができる。
第３の方法としては、前記半導体基板１０の裏面１０Ｂに突出した貫通電極１２の第２電極部１２Ｂを、第３の樹脂層となるポリマーフィルムで覆う。そして、その状態で加熱するとともに圧着して、前記ポリマーフィルムを前記裏面１０Ｂ上に貼り付ける。すると、前記裏面１０Ｂから突出した前記第２電極部１２Ｂが、前記ポリマーフィルムに突き当たり、やがて前記ポリマーフィルムを貫通するようになる。なお、前記第２電極部１２Ｂが前記ポリマーフィルムを十分に貫通することができなかった場合には、プラズマ処理を用いてもよい。なお、前記ポリマーフィルムとしては、半硬化状態のポリマーフィルム、あるいは液晶ポリマーフィルムなどを用いることができる。
このようにして、第３の樹脂層２４は、前記貫通電極１２によって貫通された状態に形成される。
同様に、前記半導体基板１０に対して正確なアライメントを行う必要がないので、前記第３の樹脂層２４の製造工程を簡略化することができる。
次に、図１２に示すように、前記半導体基板１０の裏面１０Ｂ側から突出した第２電極部１０Ｂにろう材として、例えばＳｎ−Ａｇからなるハンダ層５０を設けることで、前記貫通電極１２と同じ端子の配置を有したメモリＩＣ等の電子部品６０を複数積層する。このような積層方法としては、例えばボンディングツールを用いて前記電子部品６０を加熱、圧着する方法や、リフロー技術を用いることで、前記電子部品６０を一括で半導体装置１上に実装する方法を好適に用いることができる。
半導体装置１上に前記電子部品６０を積層した後、図１３に示すように、これらの積層された半導体装置１及び電子部品６０の接続部を保護するための、例えばエポキシ、シリコーン樹脂等からなる樹脂７０によってモールドする。なお、図１３〜図１６においては、シリコンウエハ（半導体基板１０）１００に複数の半導体装置１を製造する工程を示した図である。なお、図１３〜図１７においては、図の簡略化のため、前述した符号については図示を省略している。
このとき、モールドした樹脂３５による残留応力が生じにくいように、樹脂３５は低応力樹脂を用いることが好ましい。このようにすることで、積層された半導体装置が樹脂で覆われるため、特に耐湿度信頼性を向上させることができ、この積層部を備える半導体装置１の信頼性を向上できる。
次に、図１４示すように、半導体基板１０を支持しているＷＳＳ（Wafer SupportSystem）の一部からなるガラス板２００を剥離する。このとき、前述したように前記ガラス基板２００は、紫外光（ＵＶ光）の照射により剥離可能な接着剤２８で前記半導体基板１０に貼り付けられたものとなっている。そこで、紫外光（ＵＶ光）をガラス基板２００側から照射することで、前記接着剤２８を剥離することができる。そして、前記ガラス基板２００と前記半導体基板１０とを分離することができる。
次に、図１５に示すように、前記第２の樹脂層２２に設けられた前記配線層２１を露出する部分に、例えば鉛フリーはんだからなるハンダボール２３が搭載される。このとき、第２の樹脂層２２は、前記ハンダボール２３に接続する配線層２１を露出しているので、前記ハンダボール２３を形成する際に、前記第２の樹脂層２２を隔壁として利用することができる。なお、ハンダボール２３を設ける代わりに、はんだペーストを前記配線層２１上に印刷する形態でもよい。
最後に、図１５にて、２点鎖線で示したダイシングラインによって、シリコンウエハ１００を切断することで、前記半導体基板１０上に形成された半導体装置１に個片化する。このようにして、図１６に示すように、複数の前記電子部品６０が積層された半導体装置１を得ることができる。
本発明の半導体装置１によれば、配線層２１を形成する際に、前記開口１８Ｈの高さが、半導体基板１０から突出した貫通電極１２との高さより低いので、前記開口１８Ｈによる前記配線層２１の断線を防止できる。また、前記開口１８Ｈの形状がテーパとなっているので、配線層２１がテーパ形状に沿ってなめらかに貫通電極１２と接続することができる。また、半導体装置１を半導体基板１上に実装した際にハンダボール２３に外力がかかった場合でも、第１の樹脂層１８が応力緩和層として機能することで、配線層２１と貫通電極１２との接続部における接続信頼性を向上できる。
また、貫通電極１２に接続するハンダボール２３を形成することで、半導体装置１に再配置配線を形成することができ、インターポーザ基板を不要にすることができる。よって、インターポーザ基板がなくなることで、半導体装置１の小型化を図ることができる。
また、インターポーザ基板を不要にした半導体装置１上に電子部品６０を実装しているので、小型で高機能を有した半導体装置１を得る事ができる。
なお、本発明は前述した内容に限定されることなく、種々の変更が可能である。本実施形態では、貫通電極１２が第１電極部１２Ａと第２電極部１２Ｂとの外径が異なる形状について説明したが、半導体基板１０の能動面１０Ａ及び裏面１０Ｂから突出する電極部の形状が同じものであってもよい。
また、本実施形態では、シリコンウエハ１００上に半導体装置１を同時に一括して形成する場合について説明したが、半導体装置１を半導体基板１０上に個々に形成し、この半導体装置１上に他の半導体部品６０を積層するようにしてもよい。
また、本実施形態では、半導体装置１上に同じ端子の配置を有したメモリＩＣ等の電子部品６０を複数積層するようにしたが、異種の端子配置を有した半導体チップや電子部品８０を積層してもよい。このとき、図１７に示すように、前記半導体基板１０の裏面１０Ｂ側に突出した第２電極部１２Ｂに接続する第２の配線層２７を形成し、この第２の配線層２７を介して、異なる端子配置の半導体チップ等の電子部品８０を積層することができる。
このように、第２電極部１２Ｂに接続する第２の配線層２７を有しているので、この第２の配線層を種々に配置させることで、この半導体装置１上に実装できる異種の半導体装置、及び電子部品８０の端子の配置形状や配置する位置等を決定する自由度を向上できる。
なお、前記第２の配線層２７を形成する際に、インダクタ、抵抗、キャパシタ等を形成するようにしてもよい。また、前記第２電極部１２Ｂには、弾性表面波素子、水晶振動子、圧電振動子、圧電音叉等の電子素子を接続するようにしてもよい。
次に、本発明の半導体装置１を備えた回路基板について説明する。図１８は、本発明の一実施形態による回路基板の概略構成を示す斜視図である。図１８に示す通り、この実施形態の回路基板１５０には、半導体装置１上に半導体チップ等が積層された積層体２が搭載されている。回路基板１５０は、例えばガラスエポキシ基板等の有機系基板からなるもので、例えば銅等からなる配線パターン（図示せず）が所望の回路となるように形成され、更にこれら配線パターンに電極パッド（図示せず）が設けられている。
そして、この電気パッドに半導体装置１のハンダボール２３が電気的に接続されることにより、前記積層体２は回路基板１５０上に実装されている。
本発明の回路基板１５０によれば、インターポーザ基板を不要とした半導体装置１を備えた積層体２を回路基板１５０上に実装することができる。
また、再配置配線での断線を防止し、小型化及び薄型化が図られた半導体装置１を備えているので、この半導体装置１を含む積層体２を備えた回路基板１５０自体も小型で信頼性が高いものとなる。
次に、本発明の回路基板１５０を備えた電子機器について説明する。図１９は、本発明の一実施形態による電子機器としての、携帯電話３００を示したものである。前記回路基板１５０は、前記携帯電話３００の内部に設けられている。
本発明の携帯電話３００によれば、前述した小型で信頼性の高い回路基板１５０を備えているので、この回路基板１５０を備えた電子機器自体も小型で信頼性が高いものとなる。
なお、電子機器は、前記携帯電話３００に限られる訳ではなく、種々の電子機器に適用することができる。例えば、液晶プロジェクタ、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）及びエンジニアリング・ワークステーション（ＥＷＳ）、ページャ、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた装置等の電子機器に適用することが可能である。
本発明の半導体装置の側断面図。 半導体装置の製造工程の説明図。 半導体装置の製造工程の説明図。 半導体装置の製造工程の説明図。 半導体装置の製造工程の説明図。 半導体装置の製造工程の説明図。 半導体装置の製造工程の説明図。 半導体装置の製造工程の説明図。 半導体装置の製造工程の説明図。 半導体装置の製造工程の説明図。 半導体装置の製造工程の説明図。 半導体装置の製造工程の説明図。 半導体装置の製造工程の説明図。 半導体装置の製造工程の説明図。 半導体装置の製造工程の説明図。 半導体装置の製造工程の説明図。 半導体装置の他の実施形態を示す図。 半導体装置を備えた回路基板を示す図。 前記回路基板を備えた電子機器を示す図。
符号の説明
１…半導体装置、１０…半導体基板、１０Ａ…能動面、１０Ｂ…裏面、１２…貫通電極、１２Ｈ…穴部、１５…導電部（電極）、１８…第１の樹脂層、１８Ｈ…開口、２１…配線層、２２…第２の樹脂層、２３…ハンダボール（外部接続端子）、２４…第３の樹脂層、２７…第２の配線層、６０…電子部品、７０…樹脂、８０…電子部品、１００…シリコンウエハ（半導体ウエハ）、２００…ガラス基板、２５０…回路基板、３００…携帯電話（電子機器）

Claims (6)

  1. 半導体基板と、該半導体基板を貫通し、集積回路が形成された半導体基板の能動面、及びその裏面から突出する貫通電極と、を備えた半導体装置において、
    前記半導体基板の能動面側に設けられ、かつ前記能動面側に突出した貫通電極の高さよりも厚く、該貫通電極の少なくとも一部を露出し、前記貫通電極に向かって内径が狭められるテーパ状の開口を有した第１の樹脂層と、
    該第１の樹脂層上に設けられ、かつ前記開口を介して前記貫通電極の上面に接続する配線層と、
    該配線層に接続する外部接続端子と、
    前記配線層の厚みよりも厚く、かつ前記第１の樹脂層よりも薄く、前記第１の樹脂上にて前記配線層の前記外部接続端子に接続する部分を露出させた状態に設けられる第２の樹脂層とを備え、
    前記第１の樹脂層は、前記開口の高さが前記半導体基板と前記貫通電極との間に生じる段差より低くなる膜厚に設定されることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記半導体基板の裏面には、少なくとも前記貫通電極の端面を露出させる第３の樹脂層が設けられており、
    前記半導体基板の裏面側に突出した前記貫通電極に接続し、前記半導体基板の中央部に向かって形成される第２の配線層を有し、該第２の配線層に他の半導体装置、又は電子部品が接続されてなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 半導体基板に、集積回路が形成された前記半導体基板の能動面側、及びその裏面側に突出する貫通電極を形成する工程と、
    前記能動面側に突出した貫通電極の高さより厚く、かつ前記貫通電極の少なくとも一部を露出し、前記貫通電極に向かって内径が狭められるテーパ状の開口を有する第１の樹脂層を形成する工程と、
    前記開口を介して前記貫通電極の上面に接続する配線層を形成する工程と、前記配線層に接続する外部接続端子を形成する工程と、前記配線層の厚みよりも厚く、かつ前記第１の樹脂層よりも薄く、前記配線層の前記外部接続端子に接続する部分を露出させる第２の樹脂層を前記第１の樹脂層上に形成する工程とを備えており、
    前記第１の樹脂層の形成工程では、該第１の樹脂層の膜厚が前記開口の高さが前記半導体基板と前記貫通電極との間に生じる段差より低くなる膜厚に設定されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 前記半導体基板の裏面に、少なくとも前記貫通電極を露出させる第３の樹脂層を形成する工程と、
    前記半導体基板の裏面側に突出した前記貫通電極に接続し、前記半導体基板の中央部に向かう第２の配線層を形成する工程と、
    該第２の配線層に他の半導体装置、又は電子部品を接続する工程と、を備えることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 請求項１又は２に記載の半導体装置を備えたことを特徴とする回路基板。
  6. 請求項５に記載の回路基板を備えたことを特徴とする電子機器。
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