JP4067412B2 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子に関し、特に積層タイプのベアチップIC製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化に伴い、半導体パッケージの小型化、高密度化の要求が高まっている。特にチップサイズのパッケージに複数個の半導体チップを収納するマルチチップモジュールが大変注目されている。
チップサイズのパッケージに複数個の半導体チップを収納する方法として種々の方法が提案されているが、代表的な方法としては、チップオンチップと称される手法がある。すなわち、第1の半導体チップのパッシベーション膜の最表面上へ再配線及びバンプ電極を形成し、同じくバンプ電極が形成された第2の半導体チップをフリップチップ搭載し、熱圧着若しくは超音波接合により接続するものである。
【0003】
しかし、上記第1半導体チップと第2半導体チップの接続時に発生する応力により、直下の半導体素子へダメージを与え、特性変動を起こす場合があった。
前記課題に対し、下記の特許文献1によれば、第3図に示す通り、電極直下部分の半導体素子と電極パッド間に、ポリイミドからなる応力緩和層を形成している。より具体的には、半導体基板21上にMOS型トランジスタ22が設けられ、第1層間絶縁膜23、第2層間絶縁膜24が形成される。バンプ電極28が搭載されるパッド電極27の下部にポリイミドでつくられる応力緩和層26が設けられ、パッシベーション膜25で覆われる。
【0004】
【特許文献】
特開2000−332045号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらは、応力緩和以外の役目を持たない。
また、第1半導体チップ表面側に配線と電極端子を形成し、複数個の第2半導体チップを接続する半導体装置では、接続するデバイスの組み合わせによって配線をまたぐ配線が必要になる。
また、配線上に半田ボールを搭載する場合、配線に凹みがないとずれが生じる恐れがある。
本発明では、応力緩和層として、導電性物質を用い、配線をまたぐ配線と、半田ボール搭載用凹みを一括形成する。これにより、低コスト、配線レイアウトの自由度拡大、接続時の応力緩和、半田ボール搭載精度向上の4つの課題を解決した半導体装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、第1半導体チップのパッシベーション上へ、第2半導体チップ接続端子部直下及び外部電極搭載部直下には応力緩和パターンを、外部電極搭として半田ボールを搭載する場合には、搭載部直下に、凹みを形成するためのパターンを、その他の部分で配線パターンを、それぞれ導電性物質で一括形成する。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。図1は本発明に係る半導体装置の一実施例を示す断面図であり、図2は工程断面図である。
図1において、第1の半導体チップ1上にパッシベーション膜4が形成され、その上面に第1の導電層5が設けられる。第1の導電層のうち導電層5aは応力緩和層として機能し、導電層5bは、半田ボール8を受け入れる凹部を形成する機能を発揮する。また、図2に示す、配線部としても機能をする。
【0008】
本発明の形態では、図2の工程断面図の(a)に示すように第1の半導体チップ1のパッシベーション膜4の最表面上へ、導電物質からなる第1の導電層5a、5b、5cを形成する。導電層の材料としては、金、銅などの金属材料の他、導電性ポリマー等の樹脂系材料も使用できる。
なお、導電層の形成手法として、公知の技術である、レジスト塗布、露光、現像工程からなる、フォトリソグラフィー技術とメッキ技術とエッチング技術を用いた。
【0009】
上記技術にて、第2の半導体チップの接続電極部の直下となる部分へは、応力緩和層5aを形成し、外部電極端子搭載部の直下には、接続部を取り囲む形状にて、20〜60μmのパターン5bを形成し、前記5a、5bに干渉しない領域にて、第1及び第2チップ、若しくは複数個の第2半導体チップを接続するための配線パターン5cを形成する。
【0010】
メッキは、電解メッキによって実施した、この際、バリアメタルスパッタ膜厚は、TiWが1000〜5000Å、Auが1000〜4000Åとした。フォトリソグラフィーにおいては、レジスト膜厚5〜10μmとした。また、露光工程にて使用するフォトマスク上には、5a、5b、5cの3種がパターン形成されるように製作されている。すなわち、同一マスク内にパターンニングすることにより、半導体装置上へ一括形成される。その後、メッキ、エッチングを経て、膜厚1〜3μmの第1の導電層を形成する。
【0011】
次に、(b)に示すように、絶縁膜6を成膜する。製膜は、スピンコートにより、感光性レジストを塗布し、膜厚は0.5〜2μmとした。
塗布後の絶縁膜6へ、露光、現像を経て、第2の導電層7への配線接続用のホール10を形成する(c)。
【0012】
次に、(d)に示すように、第2導電層7の形成を行う。本導電層は、電極及び配線を形成するものである。
工程は、第1の導電層5と同様に形成を行う。膜厚は、0.5〜2μmとした。
【0013】
次に、第2の導電層7にて形成されたパッド上へ、接続電極端子3を介して第2の半導体チップ2を接続する。この際、第1の導電層5aにて形成された応力緩和層により、接続時の応力は緩和され、半導体素子への影響は無い。
最後に、外部電極となる、半田ボール8を所定パッド上へ搭載する。本工程においても、第1の導電層5bにて形成された電極上への凹みにより、容易に高精度なハンダバンプ搭載が可能である(e)。
【0014】
なお、第1の導電層5bにおいて、例えば、形状を円筒形とすれば、次工程にて形成される絶縁膜6及び第2の導電層7は、下地段差形状をなぞって形成されるため、円筒形パターン上部の第2の導電層7には凹み9が形成される。すなわち半田ボール搭載部には、この凹み9へ半田ボールが入り込むため、高精度な位置決めが可能となる。
【0015】
なお、第1及び第2の導電層の形成手法としては、前記、フォトリソグラフィーとメッキとエッチングの他、スクリーン印刷、インクジェットといった手法でも可能である。
【0016】
また、絶縁膜6の成膜手法としては、スピンコートの他、CVDによる成膜でも良く、使用材料により、選択する必要がある。絶縁材料としては、感光性レジスト、感光性PIQ、SOG、SiN膜がある。
また、第2の導電層7の形成時、絶縁膜6を介して、第1の導電層5をまたぐ配線も可能であり、配線レイアウトの自由度も広がる。
また、第2半導体チップ直下に形成した応力緩和層の段差により、第1半導体チップと第2半導体チップとの間には、隙間11が確保できるため、フェイスツーフェイスの形で接続する本発明に係る半導体装置の場合、表面に形成された配線同士の接触を防止できる。
【0017】
【発明の効果】
本発明は、第1の導電層により、応力緩和層、凹み、配線が一括形成できるため、処理工程を増やす事無く、高信頼性の半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である半導体装置の断面図である
【図2】本発明の一実施例である半導体装置の製造工程断面図である
【図3】本発明の従来例の断面図である
【符号の説明】
1 第1半導体チップ
2 第2半導体チップ
3 接続電極端子
4 パッシベーション膜
5a 第1の導電層 応力緩和層
5b 第1の導電層 凹み形成
5c 第1の導電層 配線部
6 絶縁膜
7 第2の導電層
8 半田ボール
9 凹み
10 ホール
11 隙間
21 半導体基板
22 MOSトランジスタ
23 第1層間絶縁膜
24 第2層間絶縁膜
25 パッシベーション膜
26 応力緩和層
27 パッド電極
28 バンプ電極
Claims (5)
- 第1の半導体チップの表面側に第2の半導体チップがそれぞれの電極端子を介して接続された半導体装置であって、
各半導体チップ同志を接続するとともに、外部基板と接続する半田ボール又はワイヤー接続するための配線と電極が、前記各半導体チップのパッシベーション膜の最表面に形成されてなる半導体装置において、
前記第2の半導体チップの電極と前記第1の半導体チップのパッシベーション膜との間に、導電性物質によって、応力緩和層と配線と半田ボールを受け入れる凹みを介在させたことを特徴とする半導体装置。 - 第1の半導体チップのパッシベーション膜の表面に、第1の導電膜を形成してフォトリソグラフィ―により所定のパターンを形成する工程と、
絶縁膜を形成し、第1の導電膜の配線上にコンタクトホールを形成する工程と、
全面に第2の導電膜を形成し、フォトリソグラフィーにより前記第1の導電膜の配線部を形成する工程と、
所定の部分にバンプを形成する工程と、
前記第1の半導体チップ上に第2の半導体チップをバンプ接合する半導体装置の製造方法であって、
前記第1の導電膜をフォトリソグラフィ―により形成する所定のパターンは、第1の導電膜よりなる応力緩和層と配線部とハンダボールを受け入れる凹みを一括して形成するパターンであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1の導電膜は、Au、In、Cu、Agのいずれか、又は、その合金を用いることを特徴とする請求項2の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の導電膜は、Au、In、Cu、Agのいずれか、又は、その合金を用いることを特徴とする請求項2の半導体装置の製造方法。
- 前記絶縁膜は、感光性ポリイミドを用いることを特徴とする請求項2の半導体装置の製造方法。
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