JP4305678B2

JP4305678B2 - 半導体装置

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Publication number: JP4305678B2
Application number: JP2007126717A
Authority: JP
Inventors: 輝直花岡
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2027-05-11
Also published as: US20080277758A1; US7714410B2; JP2008283038A

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。

近年、ウエハレベルＣＳＰと呼ばれる、半導体チップ上に樹脂層を形成し、その上に配線を形成し、配線上に外部端子を形成したパッケージが開発されている（特許文献１）。また、特許文献２には、半導体チップ上に、スパイラル状の配線からなるスパイラルインダクタを形成することが記載されている。スパイラルインダクタはそのＱ値を向上させることが要求される。しかし、配線の抵抗値を下げることでＱ値を上げようとすると、配線を厚くするか、配線の巻き数を少なくする必要があり、限られたスペースではそれが難しい。あるいは、半導体チップとスパイラル状の配線との間の樹脂層を厚くして、半導体チップを構成するシリコンとの容量結合を減らすことでＱ値を上げようとすると、樹脂の厚みによって半導体装置が避けられない。
特開２００５−２６３０１号公報特開２０００−１０１０２５号公報

本発明の目的は、大型化することなく、Ｑ値が高いスパイラルインダクタを有する半導体装置及びその製造方法を提供することにある。

（１）本発明に係る半導体装置は、
集積回路が形成され、前記集積回路に電気的に接続された電極を有する半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成された樹脂層と、
前記電極に電気的に接続され、前記樹脂層の、前記半導体基板と対向する下面とは反対の上面に形成された、スパイラル状の配線からなるスパイラルインダクタと、
を含み、
前記配線は、前記スパイラル状に延びる軸線に交差する幅方向の両端部と、前記両端部間の中間部と、を有し、
前記中間部の少なくとも一部は、前記樹脂層の前記上面に接触し、
少なくとも前記両端部は、前記樹脂層の前記上面から間隔をあけて位置する。本発明によれば、スパイラルインダクタを構成する配線と樹脂層の上面との間にギャップが形成されているので、半導体チップを構成するシリコンとの容量結合を減らすことができ、大型化することなく、スパイラルインダクタのＱ値を高くすることができる。
（２）この半導体装置において、
前記中間部は、前記樹脂層の前記上面に接触するとともに前記軸線に沿って並ぶ複数の第１の部分と、前記複数の第１の部分の間の第２の部分と、を含み、
前記第２の部分は、前記樹脂層の前記上面から間隔をあけて位置してもよい。
（３）この半導体装置において、
前記樹脂層及び前記配線を覆う被覆層をさらに含み、
前記樹脂層の前記上面と、前記配線と、に隣接するように前記被覆層にボイドが形成されていてもよい。
（４）この半導体装置において、
前記樹脂層の前記上面は、凸曲面をなしていてもよい。
（５）この半導体装置において、
前記樹脂層及び前記配線を覆う被覆層をさらに含み、
前記上面は、傾斜領域を含み、
前記樹脂層の前記上面と、前記配線の前記両端部のうち前記傾斜領域の下方側の端部と、前記配線の前記中間部の前記上面に接触する前記少なくとも一部と、に隣接するように前記被覆層にボイドが形成されていてもよい。
（６）この半導体装置において、
前記樹脂層の前記上面は、凹曲面をなしていてもよい。
（７）この半導体装置において、
前記樹脂層及び前記配線を覆う被覆層をさらに含み、
前記上面は、傾斜領域を含み、
前記樹脂層の前記上面と、前記配線の前記両端部のうち前記傾斜領域の下方側の端部と、前記配線の前記中間部の前記上面に接触する前記少なくとも一部と、に隣接するように前記被覆層にボイドが形成されていてもよい。
（８）本発明に係る半導体装置は、集積回路が形成され、前記集積回路に電気的に接続された電極を有する半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成された樹脂層と、
前記電極に電気的に接続され、前記樹脂層の、前記半導体基板と対向する下面とは反対の上面に形成された、配線からなるスパイラルインダクタであって、第１の部分と、前記第１の部分よりも厚い第２の部分を有する前記スパイラルインダクタと、
を含み、
前記第２の部分は前記樹脂層と接し、前記第１の部分は前記樹脂層の前記上面と間隔をあけて位置する。本発明によれば、スパイラルインダクタを構成する配線の第１の部分と樹脂層の上面との間にギャップが形成されているので、半導体チップを構成するシリコンとの容量結合を減らすことができ、大型化することなく、スパイラルインダクタのＱ値を高くすることができる。
（９）本発明に係る半導体装置の製造方法は、
集積回路と、前記集積回路と電気的に接続された電極とを有する半導体基板の、前記電極が形成された面に、樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層上に金属層を形成する工程と、
前記金属層をウエットエッチングして、スパイラル状に延びる軸線に交差する幅方向の両端部と、前記両端部間の中間部と、を有する配線からなるスパイラルインダクタを形成する工程と、
を含み、
前記ウエットエッチングによって、前記金属層の前記樹脂層に接触する下層部に対してサイドエッチングを進行させ、少なくとも前記両端部を、ギャップを介して前記樹脂層から間隔をあけて位置するように形成し、
前記中間部の前記下層部の全てが前記サイドエッチングによって除去され尽くされる前に前記ウエットエッチングを終了して、前記中間部の前記下層部の少なくとも一部を残す。本発明によれば、スパイラルインダクタを構成する配線と樹脂層の上面との間にギャップを形成するので、半導体チップを構成するシリコンとの容量結合を減らすことができ、大型化することなく、スパイラルインダクタのＱ値を高くすることができる。
（１０）この半導体装置の製造方法において、
前記配線を、複数のランド部と、前記複数のランド部を接続するライン部と、を有し、それぞれの前記ランド部の幅が前記ライン部の幅よりも広くなるように形成し、
前記複数のランド部で、前記中間部の前記下層部が残って前記樹脂層に接触するように、前記ウエットエッチングを終了してもよい。
（１１）この半導体装置の製造方法において、
前記下層部は、ＴｉＷ層であり、
過酸化水素系のエッチング液で前記ウエットエッチングを行ってもよい。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。半導体基板１０は、最終製品としての半導体装置においては半導体チップであり、製造途中の中間製品においては半導体ウエハである。半導体基板１０は、集積回路１２（半導体チップには１つの集積回路１２・半導体ウエハには複数の集積回路１２）が形成されている。半導体基板１０内に形成された内部配線を介して１つの集積回路１２に電気的に接続された複数の電極１４を有する。半導体基板１０には、電極１４の少なくとも一部が露出する様にパッシベーション膜１６が形成されている。

半導体基板１０の電極１４が形成された面には樹脂層２０が形成されている。樹脂層２０は、半導体基板１０の電極１４が形成された面と対向する下面２２と、下面２２とは反対の上面２４を有する。樹脂層２０は、ポリイミド樹脂などで形成されている。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置のスパイラルインダクタの平面図である。スパイラルインダクタは、樹脂層２０の上面２４に形成されている。上面２４が平坦であれば、スパイラルインダクタは二次元的にのみ延びる。スパイラルインダクタは、スパイラル状の配線３０からなる。図２に示す例では、曲線の渦巻き状の軸線に沿って配線３０が形成されているが、図３に示す変形例のように、直線及び直角に屈曲する部分からなる矩形の渦巻き状の軸線２８に沿って配線（図示せず）を形成してもよい。

配線３０は、複数のランド部３２と、複数のランド部３２を接続するライン部３４と、を有する。それぞれのランド部３２の幅（スパイラル状に延びる軸線に交差する方向の幅。以下同じ。）がライン部３４の幅よりも広くなるように形成されている。配線３０は、幅方向の両端部３６と、両端部３６間の中間部３８と、を有する。中間部３８は、軸線に沿って間隔を置いて並ぶ複数の第１の部分４０と、複数の第１の部分４０の間の第２の部分４２と、を含む。配線３０の、第１の部分４０を通る幅（ランド部３２の幅）は、第２の部分４２を通る幅（ライン部３４の幅）よりも広い。中間部３８の少なくとも一部（例えば複数の第１の部分４０）は、樹脂層２０の上面２４に接触している。配線３０の一部（例えば中間部３８の第２の部分４２）と、樹脂層２０の上面２４と、の間にはギャップが形成されている。また、両端部３６は、ギャップを介して樹脂層２０の上面２４から間隔をあけて位置する。

スパイラルインダクタは、電極１４に電気的に接続されている。例えば、スパイラルインダクタを構成する配線３０の外側の端部から、第１の接続配線４４が引き出されて電極１４に電気的に接続されている。配線３０の内側の端部は、樹脂層２０に形成された貫通穴を介して、樹脂層２０に下に配置された第２の接続配線４６に電気的に接続され、第２の接続配線４６は電極１４に電気的に接続されている。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、半導体基板１０の電極１４が形成された面に樹脂層２０を形成する。樹脂層２０は、貫通穴を有するように形成する。その形成にはフォトリソグラフィを適用してもよい。

次に、樹脂層２０上にスパイラルインダクタを形成する。例えば、スパッタリング等によってＴｉＷ膜（金属層）を樹脂層２０上に形成し、その上にスパッタリング等によってＣｕ膜（金属層）を形成し、その上にメッキレジストを形成してスパイラルインダクタを含む形状のＣｕメッキ層（金属層）を形成するために電解メッキを行う。続いて、Ｃｕメッキ層をエッチングレジストとして、ＴｉＷ膜及びＣｕ膜をエッチングする。エッチングには、例えば過酸化水素系のエッチング液を使用したウエットエッチングを適用する。ウエットエッチングによって、樹脂層２０に接触しているＴｉＷ層（下層部）に対してサイドエッチングを進行させる。これにより、配線３０の両端部３６を、樹脂層２０から浮かせることができる。中間部３８のＴｉＷ層（下層部）の全てがサイドエッチングによって除去され尽くされる前にウエットエッチングを終了して、中間部３８のＴｉＷ層（下層部）の少なくとも一部を残す。

本実施の形態では、ランド部３２の幅がライン部３４の幅よりも広いので、サイドエッチングによってライン部３４のＴｉＷ層を除去し尽くしても、ランド部３２では、中間部３８（第１の部分４０）のＴｉＷ層が残る。複数のランド部３２で、中間部３８のＴｉＷ層が残って樹脂層２０に接触するように、ウエットエッチングを終了する。

本実施の形態によれば、スパイラルインダクタを構成する配線３０と樹脂層２０の上面２４との間にギャップが形成されている。ギャップでの誘電率は樹脂層２０の誘電率よりも小さいので、半導体チップを構成するシリコンとの容量結合を減らすことができる。これにより、大型化することなく、スパイラルインダクタのＱ値を高くすることができる。

本実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法には、さらに、周知の構造又はプロセスを付加してもよい。また、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、上述した半導体装置の構造から自明なプロセスを含む。

図４は、図１に示す半導体装置において、さらに被覆層５０を有する実施の形態を示す図である。半導体装置は、樹脂層２０及び配線３０を覆う被覆層５０をさらに含む。被覆層５０は樹脂で形成されている。被覆層５０には、配線３０の両端部３６（樹脂層２０から浮いた部分）の下にボイド５２が形成されている。被覆層５０には、配線３０の中間部３８のうち樹脂層２０から浮いた部分の下にボイド５２が形成されている。ボイド５２は、樹脂層２０の上面２４と、配線３０（樹脂層２０から浮いたライン部３４ではその両端部３６及び中間部３８の下面・ランド部３２では両端部３６の下面及び中間部３８の側面）と、に隣接している。

被覆層５０を形成するための樹脂前駆体の粘度を上げることで、配線３０と樹脂層２０との間のギャップに樹脂前駆体が入りにくくなって、被覆層５０にボイド５２が形成される。なお、被覆層５０の誘電率が樹脂層２０の誘電率よりも小さければ、ギャップに被覆層５０の一部が入っても、半導体チップを構成するシリコンとの容量結合を減らすことができる。

（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。本実施の形態では、被覆層１５０が、樹脂層１２０及び配線１３０を覆っている。また、樹脂層１２０の上面１２４は、凸曲面をなしている。なお、配線１３０の内側の端部は、被覆層１５０に形成された貫通穴を介して、被覆層１５０上に配置された第２の接続配線１４６に電気的に接続され、第２の接続配線１４６は、樹脂層１２０に形成された貫通穴を介して、電極１４に電気的に接続されている。

樹脂層１２０の上面１２４は、傾斜領域を含む。被覆層１５０を形成するための樹脂前駆体は、傾斜領域では下方に流れ、配線１３０の中間部１３８において樹脂層１２０と接触している部分で止まる。そのため、配線１３０の中間部１３８において樹脂層１２０と接触している部分よりも上方側には樹脂前駆体が溜まりやすく、下方側には樹脂前駆体が溜まりにくい。その結果、樹脂層１２０の上面１２４と、配線１３０の両端部１３６のうち傾斜領域の下方側の端部と、配線１３０の中間部１３８において上面１２４に接触している部分と、に隣接するボイド１５２が被覆層１５０に形成されている。本実施の形態のその他の構成及び作用効果は、第１の実施の形態で説明した内容が該当する。製造方法についても同様である。

（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。本実施の形態では、被覆層２５０が、樹脂層２２０及び配線２３０を覆っている。また、樹脂層２２０の上面２２４は、凹曲面をなしている。樹脂層２２０の上面２２４は、傾斜領域を含む。被覆層２５０を形成するための樹脂前駆体は、傾斜領域では下方に流れ、配線２３０の中間部２３８の樹脂層２２０と接触する部分で止まる。そのため、配線２３０の中間部２３８において樹脂層２２０と接触している部分よりも上方側には樹脂前駆体が溜まりやすく、下方側には樹脂前駆体が溜まりにくい。その結果、樹脂層２２０の上面２２４と、配線２３０の両端部２３６のうち傾斜領域の下方側の端部と、配線２３０の中間部２３８において上面２２４に接触している部分と、に隣接するボイド２５２が被覆層２５０に形成されている。本実施の形態のその他の構成及び作用効果は、第１の実施の形態で説明した内容が該当する。製造方法についても同様である。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置のスパイラルインダクタの平面図である。図３は、図２に示すスパイラルインダクタの変形例を説明する図である。図４は、図１に示す半導体装置において、さらに被覆層を有する実施の形態を示す図である。図５は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。図６は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。

符号の説明

１０…半導体基板、１２…集積回路、１４…電極、１６…パッシベーション膜、２０…樹脂層、２２…下面、２４…上面、２８…軸線、３０…配線、３２…ランド部、３４…ライン部、３６…両端部、３８…中間部、４０…第１の部分、４２…第２の部分、４４…第１の接続配線、４６…第２の接続配線、５０…被覆層、５２…ボイド、１２０…樹脂層、１２４…上面、１３０…配線、１３６…両端部、１３８…中間部、１４６…第２の接続配線、１５０…被覆層、１５２…ボイド、２２０…樹脂層、２２４…上面、２３０…配線、２３６…両端部、２３８…中間部、２５０…被覆層、２５２…ボイド

Claims

集積回路が形成され、前記集積回路に電気的に接続された電極を有する半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成された樹脂層と、
前記電極に電気的に接続され、前記樹脂層の、前記半導体基板と対向する下面とは反対の上面に形成された、スパイラル状の配線からなるスパイラルインダクタと、
を含み、
前記樹脂層の前記上面は、凸曲面をなし、
前記配線は、前記スパイラル状に延びる軸線に交差する幅方向の両端部と、前記両端部間の中間部と、を有し、
前記中間部の少なくとも一部は、前記樹脂層の前記上面に接触し、
少なくとも前記両端部は、前記樹脂層の前記上面から間隔をあけて位置する半導体装置。
集積回路が形成され、前記集積回路に電気的に接続された電極を有する半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成された樹脂層と、
前記電極に電気的に接続され、前記樹脂層の、前記半導体基板と対向する下面とは反対の上面に形成された、スパイラル状の配線からなるスパイラルインダクタと、
を含み、
前記樹脂層の前記上面は、凹曲面をなし、
前記配線は、前記スパイラル状に延びる軸線に交差する幅方向の両端部と、前記両端部間の中間部と、を有し、
前記中間部の少なくとも一部は、前記樹脂層の前記上面に接触し、
少なくとも前記両端部は、前記樹脂層の前記上面から間隔をあけて位置する半導体装置。
請求項１または請求項２のいずれかに記載された半導体装置において、
前記中間部は、前記樹脂層の前記上面に接触するとともに前記軸線に沿って並ぶ複数の第１の部分と、前記複数の第１の部分の間の第２の部分と、を含み、
前記第２の部分は、前記樹脂層の前記上面から間隔をあけて位置する半導体装置。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された半導体装置において、
前記樹脂層及び前記配線を覆う被覆層をさらに含み、
前記上面は、傾斜領域を含み、
前記樹脂層の前記上面と、前記配線の前記両端部のうち前記傾斜領域の下方側の端部と、前記配線の前記中間部の前記上面に接触する前記少なくとも一部と、に隣接するように前記被覆層にボイドが形成されてなる半導体装置。