JP4755486B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
このようなCSP型の従来の半導体装置は、半導体ウェハの半導体基板のおもて面に回路素子を形成し、この回路形成面上に形成された絶縁層上に回路素子に電気的に接続する電極パッドを設け、この縁部を表面保護膜で覆い、その上に電極パッドに到るスルーホールを有する層間絶縁膜と下地金属層とを順に積層し、この下地金属層上に電極パッド上からポスト電極を形成する電極形成領域上に到る銅(Cu)等からなる配線を形成し、フォトリソグラフィにより銅等で100μm程度のポスト電極を形成した後に、半導体ウェハを封止金型に挿入して半導体基板のおもて面側の全面にエポキシ樹脂等の封止樹脂を注入して封止層を形成し、そのおもて面を研磨してポスト電極のポスト端面を露出させ、このポスト端面に半球状のバンプ電極を形成した半導体ウェハを個片に分割して半導体装置を製造している(例えば、特許文献1参照。)。
また、特許文献2の技術においては、半導体装置の配線と層間絶縁膜およびポスト電極を感光性ポリイミドからなる絶縁層で覆い、これを感光性の封止樹脂による封止層により封止しているため、上記のポスト電極と絶縁層との界面の剥離に対しては有効であるが、感光性ポリイミドは光を透過させ、感光性の封止樹脂も光を透過させるので、半導体装置を実装基板に実装した後等に半導体装置が光に曝されるとその紫外線の影響により回路素子のメモリの内容等が消去されてしまう可能性があるという問題がある。
図1、図2、図3に示す各図は、半導体ウェハに形成される電極パッドとこれに配線等を介して接続するポスト電極との近傍を示す部分断面図である(他の図において同じ。)。
図1、図2、図3において、1は半導体ウェハであり、CSP型の半導体装置を複数同時に製造するための半導体ウェハである。
4は絶縁層であり、半導体基板2の回路形成面3上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法等により2酸化珪素(SiO2)等の絶縁材料で形成され、半導体基板2の各回路素子の上部には図示しないコンタクトホールが形成されている。
6は表面保護膜であり、CVD法等により窒化珪素(Si3N4)等の絶縁材料で形成された絶縁層4上および電極パッド5の縁部を覆う保護膜である。
9は金属薄膜層としての下地金属層であり、半導体ウェハ1のおもて面側の全面にスパッタ法等によりチタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、銅(Cu)等の導電材料を複数積層して形成され、層間絶縁膜7上およびスルーホール8の内面と電極パッド5上を覆っている。
13は密着性被膜であり、フォトリソグラフィにより半導体ウェハ1のおもて面側に塗布されたポジ型またはネガ型の感光性を有するポリイミド系等の密着性樹脂13aを紫外線等による露光および現像処理し、その後に熱処理により溶剤等の揮発成分を気化させ固化させて形成された光の透過性および絶縁性を有する半透明の膜であって、ポスト電極11との間および封止層15との間の強固な密着性を有しており、ポスト電極11のポスト端面11aから配線10との接合部までの側面を覆う一様な膜厚の被膜として形成される。
封止層15は、半導体ウェハ1のおもて面側に塗布または注入された熱硬化性のエポキシ樹脂等の封止樹脂を加熱硬化させて形成された絶縁性および遮光性(外部からの紫外線等の光を遮蔽する機能をいう。)を有し、外部の湿度等から半導体装置を保護する機能を有する不透明な層であって、半導体装置を封止するために、半導体ウェハ1のおもて面側に形成された層間絶縁膜7上、下地金属層9、配線10上およびポスト電極11の側面に形成された密着性被膜13を覆い、封止層15のおもて面とポスト端面11aとが同一平面に位置するように形成される。この場合に密着性被膜13は、そのおもて面側の端面を除く表面が封止層15により覆われる。
16はバンプ電極であり、ポスト電極11のポスト端面11a上に半田ボール法やスクリーン印刷法等により半田等で形成された半球状の電極であって、図示しない実装基板の配線端子と接合され、半導体装置の外部端子として機能する。これにより半導体基板2に形成された回路素子は、電極パッド5、下地金属層9、配線10、ポスト電極11およびバンプ電極16を介して外部装置と接続される。
上記の密着性被膜13は、図3(P10)にTで示す膜厚を5μm以上、40μm以下の厚さに形成することが好ましい。
膜厚を5μmより薄くすると、バンプ電極16の形成時の熱処理によるポスト電極11と封止層15との熱膨張差を吸収できずにポスト電極11との間または封止層15との間に剥離が生じる虞があり、膜厚を40μmより厚くすると、光を透過させる密着性被膜13を透過した紫外線等の光により、実装基板への実装後等に半導体装置の回路素子のメモリの内容等が消去されてしまう虞があるからである。
以下に、図1、図2、図3にPで示す工程に従って、本実施例の半導体装置の製造方法について説明する。
P1(図1)、半導体ウェハ1の半導体基板2の回路形成面3に、図示しない複数の回路素子を形成し、各回路素子の上部に図示しないコンタクトホールを設けた絶縁層4を形成した後に、絶縁層4上にスパッタ法によりアルミニウムからなる導電層を形成し、これを所定の形状にエッチングして回路素子の所定の部位と電気的に接続する電極パッド5を形成する。
P3(図1)、フォトリソグラフィにより下地金属層9の電極パッド5上から電極形成領域12上に到る配線10の形成領域を除く領域にレジストマスク17を形成し、露出している下地金属層9上に下地金属層9を一方の共通電極として銅を電気メッキ法により電着させ、電極パッド5上から電極形成領域12上に到る配線10を形成する。
P5(図2)、フォトリソグラフィにより半導体ウェハ1のおもて面側の配線10上の電極形成領域12を除く領域にレジストマスク17を形成し、露出している配線10上に下地金属層9を一方の共通電極として銅を電気メッキ法により電着させ、ポスト電極11を形成する。
P7(図2)、半導体ウェハ1おもて面側の全面にスピンコート法によりネガ型の感光性を有するポリイミドからなる密着性樹脂13aを塗布する。
P9(図3)、密着性樹脂13aの硬化後に、現像処理により未感光の密着性樹脂13aを除去し、熱処理により固化させてポスト電極11の側面を被覆する膜厚10μmの密着性被膜13を形成する。
このようにして形成された本実施例の半導体装置は、その銅で形成されたポスト電極11の側面が密着性被膜13を介して封止層15と強固に密着しているので、半導体装置を実装基板に実装するときのバンプ電極16の接合工程等における半導体装置と実装基板との熱膨張差に起因する応力等の外部からの応力がポスト電極11に負荷されたとしても、ポスト電極11と封止層15との界面に剥離が生じることはない。
以上説明したように、本実施例では、半導体装置のポスト電極の側面と封止層との間に密着性被膜を設け、封止層を遮光性を有する封止樹脂で形成したことによって、ポスト電極の側面を密着性被膜を介して封止層に強固に密着させることができ、外部からの応力がポスト電極に負荷されたとしても、ポスト電極と封止層との界面に剥離が生じることがなくなり、外部からの水分等の侵入を防止してポスト電極や配線の腐食やこれに伴う外部から繰返し負荷される応力による配線の断線等を防止することができ、半導体装置の接続信頼性を確保することができると共に、密着性被膜を遮光性を有する封止層により封止したので、実装基板への実装後等に半導体装置の回路素子が紫外線等の光に曝されることを防止でき、回路素子のメモリの消失等を未然に防止することができる。
なお、上記実施例1と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の密着性被膜13は、上記実施例1と同様に、図6(PA10)にTで示す膜厚を5μm以上、40μm以下の厚さに形成することが好ましい。
本実施例では、上記実施例1と同様の理由に加えて、膜厚を5μmより薄くすると、配線10の段差部に密着性被膜13が形成されない場合があり、バンプ電極16の形成時の熱処理による配線10と封止層15との熱膨張差を吸収できずに封止層15が配線10を直接覆っている箇所に剥離が生ずる虞があるからである。
以下に、図4、図5、図6にPAで示す工程に従って、本実施例の半導体装置の製造方法について説明する。
本実施例の図4、図5に示す工程PA1〜工程PA7の作動は、上記実施例1の図1、図2に示す工程P1〜工程P7の作動と同様であるのでその説明を省略する。
PA9(図6)、密着性樹脂13aの硬化後に、現像処理の時間を調整してポスト電極11およびその周囲を除く領域の未感光の密着性樹脂13aを膜状に残留させ、その後に残留した未感光の密着性樹脂13aを再度露光して硬化させ、熱処理により固化させてポスト電極11の側面および配線10を含む半導体ウェハ1のおもて面側の全面を被覆する10μm程度の密着性被膜13を形成する。
その後の封止層15の研磨およびバンプ電極16の形成の作動は、実施例1の工程P10の作動と同様であるのでその説明を省略する。
このようにして形成された本実施例の半導体装置は、そのポスト電極11の側面および配線10を含む半導体ウェハ1のおもて面側の全面が密着性被膜13を介して封止層15と強固に密着しているので、外部からの応力がポスト電極11に負荷されたとしても、ポスト電極11と封止層15との界面に剥離が生じることはなく、配線10と封止層15との間の密着性が向上するので、個片化された後の半導体装置の側面等から侵入する水分により配線10に腐食が生ずることもない。
以上説明したように、本実施例では、上記実施例1と同様の効果に加えて、半導体装置の配線と封止層との間に密着性被膜を設けたことによって、個片化された後の半導体装置の側面等から侵入する水分による配線の腐食を防止することができ、外部から繰返し負荷される応力による配線の断線を更に防止することができる。
また、上記実施例1の工程P9および上記工程PA9において、密着性被膜を形成するときに密着性樹脂13aの除去後に、熱処理により固化させるとして説明したが、工程P9および工程PA9においては現像処理による密着性樹脂13aの除去に止め、これを工程P10および工程PA10における封止樹脂で封止し、その後の封止樹脂の硬化のための熱処理により封止層の硬化と密着性被膜の固化とを同時に行うようにしてもよい。このようにすれば、密着性被膜の熱処理を省略して半導体装置の製造方法の効率化を図ることができる。
なお、上記実施例1と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の密着性被膜13は、上記実施例2と同様の理由により、図10(PB12)にTで示す膜厚を5μm以上、40μm以下の厚さに形成することが好ましい。
本実施例の密着性被膜13の膜厚は、10μmである。
本実施例の図7に示す工程PB1〜工程PB4の作動は、上記実施例1の図1に示す工程P1〜工程P4の作動と同様であるのでその説明を省略する。
PB5(図7)、半導体ウェハ1おもて面側の全面にスピンコート法によりネガ型の感光性を有するポリイミドからなる密着性樹脂13aを塗布する。
この場合に、ポジ型の密着性樹脂13aを用いるときは、フォトマスク18を電極形成領域12の中央部を除く配線10とその周囲の領域を遮光するフォトマスク18とし、塗布された密着性樹脂13aを露光して配線10とその周囲を除く領域および電極形成領域12の中央部の密着性樹脂13aを軟化させ、現像処理により感光した密着性樹脂13aを除去し、熱処理により固化させて電極形成領域12の中央部を除く配線10およびその周囲の下地金属層9を被覆する密着性被膜13を形成すればよい。
PB9(図9)、実施例1の工程P6と同様にして配線10の周囲の密着性被膜13およびポスト電極11を除く領域の下地金属層9を除去する。
PB11(図9)、密着性樹脂13aの硬化後に、実施例1の工程P9と同様にして密着性樹脂13a固化させ、ポスト電極11の側面に配線10上の密着性被膜13に接続する密着性被膜13を形成する。
以上の工程により、個片に分割される前の複数の半導体装置が形成された半導体ウェハ1が形成され、この半導体ウェハ1を個片に分割することにより本実施例の半導体装置が製造される。
更に、上記実施例1と同様に薄い密着性被膜13を、遮光性を有する封止層15により封止したので、紫外線の影響により回路素子のメモリの内容等が消去されることはない。
なお、上記実施例1と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
以下に、図11、図12、図13にPCで示す工程に従って、本実施例の半導体装置の製造方法について説明する。
図13に示す密着性被膜13は、ポスト電極11の側面に実施例1と同様の密着性樹脂13aを用いてフォトリソグラフィにより密着性被膜13の周面がポスト電極11の先端に向かって縮小する錐面20(本実施例では円錐台面)となるように形成され、その配線10との接合部の膜厚が10μm以上でありポスト端面11aの膜厚が1μm以下となる錐面20を有するの被膜である。
PC8(図13)、密着性樹脂13aの塗布後に、上記実施例1の工程P8と同様の電極形成領域12およびその周囲を除く領域を遮光したフォトマスク18を用いてフォトマスク18と半導体ウェハ1との間隔を拡げながら、つまり露光装置を半導体ウェハ1から遠ざけながら塗布された密着性樹脂13aを露光し、ポスト電極11の周囲の密着性樹脂13aをその側面が、ポスト電極11の先端に向かって縮小する錐面20となるように硬化させる。
この場合に、ポジ型の密着性樹脂13aを用いるときは、フォトマスク18を電極形成領域12およびその周囲の領域を遮光するフォトマスク18とし、フォトマスク18と半導体ウェハ1との間隔を拡げながら塗布された密着性樹脂13aを露光し、ポスト電極11の周囲の錐面20の内側を除く領域の密着性樹脂13aを軟化させ、現像処理により感光した密着性樹脂13aを除去し、熱処理により固化させてポスト電極の側面にポスト電極11の側面に錐面20を有する密着性被膜13を形成すればよい。
その後の封止層15の研磨およびバンプ電極16の形成の作動は、実施例1の工程P10の作動と同様であるのでその説明を省略する。
このようにして形成された本実施例の半導体装置は、そのポスト電極11の側面が密着性被膜13を介して封止層15と強固に密着しているので、実施例1と同様に外部からの応力がポスト電極11に負荷されたとしても、ポスト電極11と封止層15との界面に剥離が生じることはない。
更に、密着性被膜13の周面を錐面20として封止層15のおもて面に光の透過性を有する密着性被膜13を露出させないようにしたので、半導体装置の回路素子に対する遮光性を更に向上させることができる。
なお、上記実施例1、実施例2および実施例3のポスト電極11の側面の一様な膜厚の密着性被膜に替えて、本実施例で説明した周面を錐面とした密着性被膜を形成すれば、上記と同様の効果を得ることができる。
2 半導体基板
3 回路形成面
4 絶縁層
5 電極パッド
6 表面保護膜
7 層間絶縁膜
8 スルーホール
9 下地金属層
10 配線
11 ポスト電極
11a ポスト端面
12 電極形成領域
13 密着性被膜
13a 密着性樹脂13a
15 封止層
16 バンプ電極
17 レジストマスク
18 フォトマスク
20 錐面
Claims (11)
- 半導体基板と、前記半導体基板に形成された回路素子に電気的に接続する電極パッドと、前記電極パッドに電気的に接続し、前記半導体基板上に延在する配線と、前記配線上に形成されたポスト電極とを備えた半導体装置において、
前記ポスト電極の側面の全面に形成した感光性を有するポリイミド樹脂からなる密着性被膜と、前記密着性被膜の外周面の全面および前記配線を封止し、遮光性を有する封止層とを設けたことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1において、
前記配線と前記封止層との間に前記密着性被膜を設け、前記密着性被膜を前記ポスト電極と配線の接合部の内側に延在させたことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1または請求項2において、
前記密着性被膜の膜厚が、5μm以上、40μm以下の厚さであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1または請求項2において、
前記ポスト電極の側面の密着性被膜の外周面の全面が、前記ポスト電極の先端に向かって縮小する錐面であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか一項において、
前記封止層が、熱硬化性のエポキシ樹脂からなることを特徴とする半導体装置。 - 半導体ウェハを個片に分割して形成する半導体装置の製造方法において、
前記半導体ウェハに形成された回路素子に電気的に接続する電極パッドを形成する工程と、
前記電極パッドからポスト電極の電極形成領域に到る配線を形成する工程と、
前記電極形成領域にポスト電極を形成する工程と、
前記ポスト電極の側面の全面を、感光性を有するポリイミド樹脂からなる密着性被膜で被覆する工程と、
前記密着性被膜の外周面の全面および前記配線を、遮光性を有する封止樹脂で封止する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項6において、
前記電極形成領域にポスト電極を形成する工程を、
前記電極形成領域の中央部を除く前記配線を、感光性を有するポリイミド樹脂からなる密着性被膜で被覆する工程と、
前記配線の前記電極形成領域にポスト電極を形成する工程と、としたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項6または請求項7において、
前記密着性被膜を、5μm以上、40μm以下の厚さに形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項6または請求項7において、
前記ポスト電極の側面の全面を被覆する感光性を有するポリイミド樹脂からなる密着性被膜を、
外周面の全面を前記ポスト電極の先端に向かって縮小する錐面で形成した感光性を有するポリイミド樹脂からなる密着性被膜としたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項6ないし請求項9のいずれか一項において、
前記感光性を有するポリイミド樹脂からなる密着性被膜の形成を、
前記半導体ウェハ上に、スピンコート法により感光性を有するポリイミドからなる密着性樹脂を塗布し、前記密着性樹脂を露光、現像して形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項6ないし請求項10のいずれか一項において、
前記封止層を、熱硬化性のエポキシ樹脂を用いて形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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