JP4784128B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

この発明は半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

従来の半導体装置には、基板上に集積回路が形成され、その上に絶縁膜が形成され、その上に強誘電体膜を有する薄膜容量素子が形成されたものがある(例えば、特許文献1参照)。この場合、強誘電体膜は、BaTiO3などの強誘電体材料を含むペーストを800〜1000℃と比較的高温で焼成して形成されるため、絶縁膜は耐熱性の関係から酸化シリコンによって形成している。 Some conventional semiconductor devices include an integrated circuit formed on a substrate, an insulating film formed thereon, and a thin film capacitor element having a ferroelectric film formed thereon (for example, Patent Document 1). reference). In this case, since the ferroelectric film is formed by baking a paste containing a ferroelectric material such as BaTiO 3 at a relatively high temperature of 800 to 1000 ° C., the insulating film is formed of silicon oxide because of heat resistance. is doing.

特許第3499255号公報Japanese Patent No. 3499255

ところで、上記のような構造の半導体装置において、絶縁膜の材料としてポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂を用いる場合がある。しかしながら、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂の耐熱温度は250℃程度と比較的低温であるため、その上に上記のような、比較的高温の処理を要する強誘電体膜を形成しようとすると、絶縁膜が熱的ダメージを受けてしまうという問題がある。   By the way, in the semiconductor device having the above structure, a thermosetting resin such as a polyimide resin may be used as a material of the insulating film. However, since the heat-resistant temperature of thermosetting resins such as polyimide resins is as low as about 250 ° C., an attempt is made to form a ferroelectric film that requires a relatively high temperature treatment as described above. There is a problem that the insulating film is thermally damaged.

そこで、この発明は、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる絶縁膜が熱的ダメージを受けないようにすることができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can prevent an insulating film made of a thermosetting resin such as a polyimide resin from being thermally damaged.

この発明は、上記目的を達成するため、薄膜容量素子の強誘電体膜を水熱合成法により形成するようにしたことを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that the ferroelectric film of the thin film capacitive element is formed by a hydrothermal synthesis method.

この発明によれば、水熱合成法により強誘電体膜を形成するときの処理温度が200℃以下と比較的低温であるので、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる絶縁膜が熱的ダメージを受けないようにすることができる。   According to the present invention, since the processing temperature when forming the ferroelectric film by the hydrothermal synthesis method is a relatively low temperature of 200 ° C. or less, the insulating film made of a thermosetting resin such as polyimide resin is thermally You can prevent damage.

(第1実施形態)
図1はこの発明の第1実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置は平面方形状のシリコン基板(半導体基板)1を備えている。シリコン基板1の上面には所定の機能の集積回路(図示せず)が設けられ、上面周辺部にはアルミニウムやアルミニウム合金などのアルミニウム系金属からなる複数の接続パッド2a、2bが集積回路に接続されて設けられている。この場合、符号2bで示す接続パッドは、後述する薄膜容量素子7の下部電極8に接続されるものである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device as a first embodiment of the present invention. The semiconductor device includes a planar rectangular silicon substrate (semiconductor substrate) 1. An integrated circuit (not shown) having a predetermined function is provided on the upper surface of the silicon substrate 1, and a plurality of connection pads 2a and 2b made of aluminum metal such as aluminum or aluminum alloy are connected to the integrated circuit on the periphery of the upper surface. Has been provided. In this case, the connection pad indicated by reference numeral 2b is connected to the lower electrode 8 of the thin film capacitive element 7 to be described later.

接続パッド2a、2bの中央部を除くシリコン基板1の上面には酸化シリコンなどからなる絶縁膜3が設けられ、接続パッド2a、2bの中央部は絶縁膜3に設けられた開口部4a、4bを介して露出されている。絶縁膜3の上面にはポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる保護膜(絶縁膜)5が設けられている。この場合、絶縁膜3の開口部4a、4bに対応する部分における保護膜5には、絶縁膜3の開口部4a、4bよりもやや大きめの開口部6a、6bが設けられている。   An insulating film 3 made of silicon oxide or the like is provided on the upper surface of the silicon substrate 1 except for the central portions of the connection pads 2a and 2b. The central portions of the connection pads 2a and 2b are openings 4a and 4b provided in the insulating film 3. Is exposed through. A protective film (insulating film) 5 made of a thermosetting resin such as polyimide resin is provided on the upper surface of the insulating film 3. In this case, openings 6 a and 6 b that are slightly larger than the openings 4 a and 4 b of the insulating film 3 are provided in the protective film 5 at portions corresponding to the openings 4 a and 4 b of the insulating film 3.

絶縁膜3および保護膜5の開口部4b、6b内およびその周囲における保護膜5の上面には、薄膜容量素子7の最下層を構成する下部電極8が接続パッド2bに接続されて設けられている。この場合、下部電極8は、詳細には図示していないが、下から順に、チタン層、銅層およびチタン層の3層構造となっている。   On the upper surface of the protective film 5 in and around the openings 4b and 6b of the insulating film 3 and the protective film 5, a lower electrode 8 constituting the lowermost layer of the thin film capacitive element 7 is connected to the connection pad 2b. Yes. In this case, although not shown in detail, the lower electrode 8 has a three-layer structure of a titanium layer, a copper layer, and a titanium layer in order from the bottom.

下部電極8の上面全体には強誘電体膜9が設けられている。この場合、強誘電体膜9の材料としては、例えば、STO(SrTiO3)、BST((Ba、Sr)TiO3)、PZT(Pb(Zr、Ti)O3)などが挙げられる。誘電率は、STOで80〜200、BSTで400〜800、PZTで500〜900である。 A ferroelectric film 9 is provided on the entire upper surface of the lower electrode 8. In this case, examples of the material of the ferroelectric film 9 include STO (SrTiO 3 ), BST ((Ba, Sr) TiO 3 ), PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ), and the like. The dielectric constant is 80 to 200 for STO, 400 to 800 for BST, and 500 to 900 for PZT.

強誘電体膜9の上面全体には導電性保護膜10が設けられている。この場合、導電性保護膜10は、詳細には図示していないが、下から順に、チタン層および銅層の2層構造となっている。導電性保護膜10の上面全体には銅からなる上部電極11が設けられている。ここで、薄膜容量素子7は、下から順に、下部電極8、強誘電体膜9、導電性保護膜10および上部電極11の4層構造となっている。なお、導電性保護膜10は、強誘電体膜9に耐性がある場合には、省略してもよい。   A conductive protective film 10 is provided on the entire top surface of the ferroelectric film 9. In this case, although not shown in detail, the conductive protective film 10 has a two-layer structure of a titanium layer and a copper layer in order from the bottom. An upper electrode 11 made of copper is provided on the entire upper surface of the conductive protective film 10. Here, the thin film capacitive element 7 has a four-layer structure of a lower electrode 8, a ferroelectric film 9, a conductive protective film 10, and an upper electrode 11 in order from the bottom. The conductive protective film 10 may be omitted if the ferroelectric film 9 is resistant.

薄膜容量素子7を含む保護膜5の上面にはポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる絶縁膜12が設けられている。この場合、接続パッド2aおよび上部電極11の各中央部に対応する部分における絶縁膜12には開口部13a、13bが設けられている。絶縁膜12の上面には下地金属層14a、14bが設けられている。この場合、下地金属層14a、14bは、詳細には図示していないが、下から順に、チタン層および銅層の2層構造となっている。   An insulating film 12 made of a thermosetting resin such as polyimide resin is provided on the upper surface of the protective film 5 including the thin film capacitive element 7. In this case, openings 13 a and 13 b are provided in the insulating film 12 at portions corresponding to the central portions of the connection pad 2 a and the upper electrode 11. Base metal layers 14 a and 14 b are provided on the upper surface of the insulating film 12. In this case, although not shown in detail, the base metal layers 14a and 14b have a two-layer structure of a titanium layer and a copper layer in order from the bottom.

下地金属層14a、14bの上面全体には銅からなる配線15a、15bが設けられている。下地金属層14aを含む配線15aの一端部は、絶縁膜12、保護膜5および絶縁膜3の開口部13a、6a、4aを介して接続パッド2aに接続されている。下地金属層14bを含む配線15bの一端部は、絶縁膜12の開口部13bを介して上部電極11に接続されている。   Wirings 15a and 15b made of copper are provided on the entire upper surface of the base metal layers 14a and 14b. One end of the wiring 15a including the base metal layer 14a is connected to the connection pad 2a through the insulating film 12, the protective film 5, and the openings 13a, 6a, and 4a of the insulating film 3. One end of the wiring 15 b including the base metal layer 14 b is connected to the upper electrode 11 through the opening 13 b of the insulating film 12.

配線15a、15bの接続パッド部上面には銅からなる柱状電極16a、16bが設けられている。配線15a、15bを含む絶縁膜12の上面にはエポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる封止膜17がその上面が柱状電極16a、16bの上面と面一となるように設けられている。柱状電極16a、16bの上面には半田ボール18a、18bが設けられている。   Columnar electrodes 16a and 16b made of copper are provided on the upper surfaces of the connection pad portions of the wirings 15a and 15b. A sealing film 17 made of a thermosetting resin such as an epoxy resin is provided on the upper surface of the insulating film 12 including the wirings 15a and 15b so that the upper surface is flush with the upper surfaces of the columnar electrodes 16a and 16b. . Solder balls 18a and 18b are provided on the upper surfaces of the columnar electrodes 16a and 16b.

次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図2に示すように、ウエハ状態のシリコン基板1(半導体基板)上にアルミニウム系金属からなる複数の接続パッド2a、2bおよび酸化シリコンなどからなる絶縁膜3が設けられ、接続パッド2a、2bの中央部が絶縁膜3に形成された開口部4a、4bを介して露出されたものを用意する。この場合、ウエハ状態のシリコン基板1には、各半導体装置が形成される領域に所定の機能の集積回路(図示せず)が形成され、接続パッド2a、2bはそれぞれ対応する領域に形成された集積回路に電気的に接続されている。   Next, an example of a method for manufacturing this semiconductor device will be described. First, as shown in FIG. 2, a plurality of connection pads 2a, 2b made of an aluminum-based metal and an insulating film 3 made of silicon oxide or the like are provided on a silicon substrate 1 (semiconductor substrate) in a wafer state, and the connection pads 2a, A material in which the central portion of 2b is exposed through openings 4a and 4b formed in insulating film 3 is prepared. In this case, on the silicon substrate 1 in a wafer state, an integrated circuit (not shown) having a predetermined function is formed in a region where each semiconductor device is formed, and the connection pads 2a and 2b are formed in the corresponding regions. It is electrically connected to the integrated circuit.

次に、図3に示すように、絶縁膜3の開口部4a、4bを介して露出された接続パッド2a、2bの上面を含む絶縁膜3の上面全体に、スクリーン印刷法やスピンコート法などにより、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる保護膜5を形成する。次に、フォトリソグラフィ法により、絶縁膜3の開口部4a、4bに対応する部分における保護膜5に、絶縁膜3の開口部4a、4bよりもやや大きめの開口部6a、6bを形成する。   Next, as shown in FIG. 3, a screen printing method, a spin coating method, or the like is applied to the entire upper surface of the insulating film 3 including the upper surfaces of the connection pads 2a and 2b exposed through the openings 4a and 4b of the insulating film 3. Thus, the protective film 5 made of a thermosetting resin such as a polyimide resin is formed. Next, openings 6 a and 6 b that are slightly larger than the openings 4 a and 4 b of the insulating film 3 are formed in the protective film 5 at portions corresponding to the openings 4 a and 4 b of the insulating film 3 by photolithography.

次に、図4に示すように、絶縁膜3および保護膜5の開口部4a、6aおよび開口部4b、6bを介して露出された接続パッド2a、2bの上面を含む保護膜5の上面全体に、スパッタ法によりチタン、銅およびチタンを連続して成膜することにより、下部電極形成用膜8aを形成する。次に、下部電極形成用膜8aの上面にレジスト膜21をパターン形成する。この場合、薄膜容量素子形成領域に対応する部分におけるレジスト膜21には開口部22が形成されている。   Next, as shown in FIG. 4, the entire upper surface of the protective film 5 including the upper surfaces of the connection pads 2 a and 2 b exposed through the openings 4 a and 6 a and the openings 4 b and 6 b of the insulating film 3 and the protective film 5. Further, titanium, copper and titanium are successively formed by sputtering, thereby forming the lower electrode forming film 8a. Next, a resist film 21 is patterned on the upper surface of the lower electrode forming film 8a. In this case, an opening 22 is formed in the resist film 21 in a portion corresponding to the thin film capacitor element formation region.

次に、レジスト膜21の開口部22内の下部電極形成用膜8aの上面に、水熱合成法により、STO(SrTiO3)、BST((Ba、Sr)TiO3)、PZT(Pb(Zr、Ti)O3)などからなる強誘電体膜9を形成する。この場合、強誘電体膜9は、下部電極形成用膜8aの最上層のチタン層との反応により形成されるため、レジスト膜21の開口部22内の下部電極形成用膜8aの上面のみに形成される。 Next, STO (SrTiO 3 ), BST ((Ba, Sr) TiO 3 ), PZT (Pb (Zr) are formed on the upper surface of the lower electrode forming film 8 a in the opening 22 of the resist film 21 by hydrothermal synthesis. , A ferroelectric film 9 made of Ti) O 3 ) or the like is formed. In this case, since the ferroelectric film 9 is formed by a reaction with the uppermost titanium layer of the lower electrode forming film 8a, only on the upper surface of the lower electrode forming film 8a in the opening 22 of the resist film 21. It is formed.

ここで、水熱合成法により、Pb(ZrTi)O3からなる強誘電体膜9を形成する場合の、具体的な製造方法の一例について説明する。まず、Pb(NO32水溶液(16mmol)、ZrOCl2水溶液(8mmol)、TiCl4水溶液(0.08mmol)およびKOH水溶液(0.3mmol)の強アルカリの混合溶液中に、半導体基板1上に下部電極形成用膜8aおよびレジスト膜21が形成されたものを浸漬し、温度180℃、10気圧中で12時間の無電解式の水熱処理を行なうと、レジスト膜21の開口部22内の下部電極形成用膜8aの上面にPb(ZrTi)O3の結晶核が生成される。 Here, an example of a specific manufacturing method in the case where the ferroelectric film 9 made of Pb (ZrTi) O 3 is formed by the hydrothermal synthesis method will be described. First, a Pb (NO 3 ) 2 aqueous solution (16 mmol), a ZrOCl 2 aqueous solution (8 mmol), a TiCl 4 aqueous solution (0.08 mmol), and a KOH aqueous solution (0.3 mmol) in a strong alkali mixed solution on the semiconductor substrate 1. When the bottom electrode forming film 8a and the resist film 21 formed are immersed and electroless hydrothermal treatment is performed at 180 ° C. and 10 atm for 12 hours, the lower part in the opening 22 of the resist film 21 is formed. Crystal nuclei of Pb (ZrTi) O 3 are generated on the upper surface of the electrode forming film 8a.

次に、Pb(NO32水溶液(16mmol)、ZrOCl2水溶液(8.32mmol)、TiCl4水溶液(7.68mmol)およびKOH水溶液(2.24mmol)の強アルカリの混合溶液(溶液合計640ml)中に、レジスト膜21の開口部22内の下部電極形成用膜8aの上面にPb(ZrTi)O3の結晶核が生成されたものを浸漬し、温度160℃で10時間の無電解式の水熱処理を行なうと、レジスト膜21の開口部22内の下部電極形成用膜8aの上面にKを含有するPb(ZrTi)O3の膜が形成される。 Next, a strongly alkaline mixed solution of Pb (NO 3 ) 2 aqueous solution (16 mmol), ZrOCl 2 aqueous solution (8.32 mmol), TiCl 4 aqueous solution (7.68 mmol) and KOH aqueous solution (2.24 mmol) (total solution 640 ml) Into the upper surface of the lower electrode forming film 8a in the opening 22 of the resist film 21 is immersed a Pb (ZrTi) O 3 crystal nucleus, and the electroless type is heated at 160 ° C. for 10 hours. When hydrothermal treatment is performed, a film of Pb (ZrTi) O 3 containing K is formed on the upper surface of the lower electrode forming film 8 a in the opening 22 of the resist film 21.

次に、純水中で3分間の超音波洗浄を2回行ない、次いで1mol/lの酢酸水溶液中で3分間の超音波洗浄を2回行ない、次いで純水中で3分間の超音波洗浄を2回行ない、次いで温度100℃で12時間の乾燥を行なうと、レジスト膜21の開口部22内の下部電極形成用膜8aの上面にPb(ZrTi)O3の結晶膜からなる強誘電体膜9が膜厚10μm程度に形成される。 Next, ultrasonic cleaning is performed twice for 3 minutes in pure water, then ultrasonic cleaning is performed twice for 3 minutes in 1 mol / l acetic acid aqueous solution, and then ultrasonic cleaning is performed for 3 minutes in pure water. After performing twice and then drying at a temperature of 100 ° C. for 12 hours, a ferroelectric film made of a crystalline film of Pb (ZrTi) O 3 is formed on the upper surface of the lower electrode forming film 8a in the opening 22 of the resist film 21. 9 is formed to a film thickness of about 10 μm.

ところで、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる保護膜5の耐熱温度は250℃程度と比較的低い。一方、上記水熱合成法による強誘電体膜9の形成方法では、処理温度は200℃以下であり、保護膜5の耐熱温度250℃程度よりもかなり低いので、保護膜5に熱的ダメージを与えることはない。   By the way, the heat-resistant temperature of the protective film 5 made of thermosetting resin such as polyimide resin is relatively low at about 250 ° C. On the other hand, in the method of forming the ferroelectric film 9 by the hydrothermal synthesis method, the processing temperature is 200 ° C. or lower, which is much lower than the heat resistance temperature of the protective film 5 of about 250 ° C. Never give.

ここで、強誘電体膜9をスパッタ法により形成することも考えられるが、この場合の処理温度は500〜600℃であり、保護膜5の耐熱温度250℃程度よりもかなり高いので、保護膜5に熱的ダメージを与えることになり、好ましくない。   Here, it is conceivable to form the ferroelectric film 9 by sputtering, but the processing temperature in this case is 500 to 600 ° C., which is considerably higher than the heat resistance temperature of the protective film 5 of about 250 ° C. This will cause thermal damage to 5, which is not preferable.

また、比較的低温で形成することができる誘電体として、SiO2(誘電率4程度(1桁))、Ta25(誘電率25程度(2桁前半))などがあるが、これらの誘電率は上記強誘電体の誘電率(80〜900(2桁後半〜3桁))よりもかなり小さいので、薄膜容量素子7の容量を大きくするには、薄膜容量素子7の平面的サイズをかなり大きくしなければならず、好ましくない。 Examples of dielectrics that can be formed at a relatively low temperature include SiO 2 (dielectric constant of about 4 (one digit)) and Ta 2 O 5 (dielectric constant of about 25 (first two digits)). Since the dielectric constant is considerably smaller than the dielectric constant of the ferroelectric substance (80 to 900 (second half to third digit)), in order to increase the capacitance of the thin film capacitive element 7, the planar size of the thin film capacitive element 7 must be increased. It must be quite large and is not preferred.

次に、レジスト膜21の開口部22内の強誘電体膜9の上面に、ハードマスク(図示せず)を用いたスパッタ法によりチタンおよび銅を連続して成膜することにより、導電性保護膜10を形成する。次に、レジスト膜21の開口部22内の導電性保護膜10の上面に、銅の無電解メッキにより、上部電極11を形成する。   Next, conductive protection is achieved by continuously depositing titanium and copper on the upper surface of the ferroelectric film 9 in the opening 22 of the resist film 21 by sputtering using a hard mask (not shown). A film 10 is formed. Next, the upper electrode 11 is formed on the upper surface of the conductive protective film 10 in the opening 22 of the resist film 21 by electroless plating of copper.

次に、レジスト膜21を剥離し、次いで、上部電極11をマスクとして下部電極形成用膜8aの不要な部分をエッチングして除去すると、図5に示すように、強誘電体膜9下に下部電極8が形成される。この場合、下部電極8は、下から順に、チタン層、銅層およびチタン層の3層の薄膜からなるいわゆる下地金属層のみからなっている。したがって、この下地金属層の上面全体に銅の電解メッキにより上部電極を形成する場合と比較して、工程数を低減することができる。また、この状態では、接続パッド2aは、絶縁膜4および保護膜6の開口部4a、6aを介して露出されている。   Next, the resist film 21 is peeled off, and then unnecessary portions of the lower electrode forming film 8a are removed by etching using the upper electrode 11 as a mask, so that the lower portion is formed under the ferroelectric film 9 as shown in FIG. Electrode 8 is formed. In this case, the lower electrode 8 is composed of only a so-called base metal layer composed of three thin films of a titanium layer, a copper layer, and a titanium layer in order from the bottom. Therefore, the number of steps can be reduced as compared with the case where the upper electrode is formed on the entire upper surface of the underlying metal layer by electrolytic plating of copper. In this state, the connection pad 2 a is exposed through the openings 4 a and 6 a of the insulating film 4 and the protective film 6.

次に、図6に示すように、絶縁膜4および保護膜6の開口部4a、6aを介して露出された接続パッド2aの上面および上部電極11を含む保護膜5の上面全体に、スクリーン印刷法やスピンコート法などにより、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる絶縁膜12を形成する。次に、フォトリソグラフィ法により、接続パッド2aおよび上部電極11の各上面中央部に対応する部分における絶縁膜12に開口部13a、13bを形成する。   Next, as shown in FIG. 6, screen printing is performed on the entire upper surface of the protective film 5 including the upper surface of the connection pad 2 a and the upper electrode 11 exposed through the openings 4 a and 6 a of the insulating film 4 and the protective film 6. The insulating film 12 made of a thermosetting resin such as a polyimide resin is formed by a method such as a spin coating method. Next, openings 13a and 13b are formed in the insulating film 12 at portions corresponding to the center portions of the upper surfaces of the connection pad 2a and the upper electrode 11 by photolithography.

次に、図7に示すように、絶縁膜12、保護膜5および絶縁膜3の開口部13a、6a、4aを介して露出された接続パッド2aの上面および絶縁膜12の開口部13bを介して露出された上部電極11の上面を含む絶縁膜12の上面全体に、スパッタ法によりチタンおよび銅を連続して成膜することにより、下地金属層14を形成する。   Next, as shown in FIG. 7, the upper surface of the connection pad 2a exposed through the openings 13a, 6a and 4a of the insulating film 12, the protective film 5 and the insulating film 3 and the opening 13b of the insulating film 12 are used. A base metal layer 14 is formed by continuously depositing titanium and copper on the entire upper surface of the insulating film 12 including the upper surface of the exposed upper electrode 11 by sputtering.

次に、下地金属層14の上面にメッキレジスト膜23をパターン形成する。この場合、配線15a、15b形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜23には開口部24a、24bが形成されている。次に、下地金属層14a、14bをメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜23の開口部24a、24b内の下地金属層14a、14bの上面に配線15a、15bを形成する。次に、メッキレジスト膜23を剥離する。   Next, a plating resist film 23 is pattern-formed on the upper surface of the base metal layer 14. In this case, openings 24a and 24b are formed in the plating resist film 23 in portions corresponding to the wiring 15a and 15b formation regions. Next, by performing copper electroplating using the base metal layers 14a and 14b as plating current paths, wirings 15a and 15b are formed on the upper surfaces of the base metal layers 14a and 14b in the openings 24a and 24b of the plating resist film 23. To do. Next, the plating resist film 23 is peeled off.

次に、図8に示すように、配線15a、15bを含む下地金属層14の上面にメッキレジスト膜25をパターン形成する。この場合、柱状電極16a、16b形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜25には開口部26a、26bが形成されている。次に、下地金属層14をメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜25の開口部26a、26b内の配線15a、15bの接続パッド部上面に柱状電極16a、16bを形成する。次に、メッキレジスト膜25を剥離し、次いで、配線15a、15bをマスクとして下地金属層14の不要な部分をエッチングして除去すると、図9に示すように、配線15a、15b下にのみ下地金属層14a、14bが残存される。   Next, as shown in FIG. 8, a plating resist film 25 is patterned on the upper surface of the base metal layer 14 including the wirings 15a and 15b. In this case, openings 26a and 26b are formed in the plating resist film 25 in portions corresponding to the columnar electrodes 16a and 16b formation regions. Next, by performing electrolytic plating of copper using the base metal layer 14 as a plating current path, the columnar electrodes 16a and 16b are formed on the upper surfaces of the connection pads of the wirings 15a and 15b in the openings 26a and 26b of the plating resist film 25. To do. Next, the plating resist film 25 is peeled off, and then unnecessary portions of the base metal layer 14 are removed by etching using the wirings 15a and 15b as a mask. As shown in FIG. 9, the base is only under the wirings 15a and 15b. The metal layers 14a and 14b remain.

次に、図10に示すように、柱状電極16a、16bおよび配線15a、15bを含む絶縁膜12の上面全体に、スクリーン印刷法やスピンコート法などにより、エポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる封止膜17をその厚さが柱状電極16a、16bの高さよりも厚くなるように形成する。したがって、この状態では、柱状電極16a、16bの上面は封止膜17によって覆われている。   Next, as shown in FIG. 10, the entire upper surface of the insulating film 12 including the columnar electrodes 16a and 16b and the wirings 15a and 15b is made of a thermosetting resin such as an epoxy resin by a screen printing method or a spin coating method. The resulting sealing film 17 is formed so that its thickness is greater than the height of the columnar electrodes 16a, 16b. Therefore, in this state, the upper surfaces of the columnar electrodes 16 a and 16 b are covered with the sealing film 17.

次に、封止膜17および柱状電極16a、16bの上面側を適宜に研磨し、図11に示すように、柱状電極16a、16bの上面を露出させ、且つ、この露出された柱状電極16a、16bの上面を含む封止膜17の上面を平坦化する。次に、図12に示すように、柱状電極16a、16bの上面に半田ボール18a、18bを形成する。次に、ダイシング工程を経ると、図1に示す半導体装置が複数個得られる。本実施形態によれば、薄膜容量素子7を接続パッド2bの直上に形成し、その上に配線15bを形成することができる。この場合、薄膜容量素子7の面積は比較的小さくなるが、誘電体として強誘電体膜10を用いることができるため、比較的小さい面積であっても所望の容量値を得ることができる。   Next, the upper surface side of the sealing film 17 and the columnar electrodes 16a and 16b is appropriately polished to expose the upper surfaces of the columnar electrodes 16a and 16b as shown in FIG. 11, and the exposed columnar electrodes 16a and 16b The upper surface of the sealing film 17 including the upper surface of 16b is planarized. Next, as shown in FIG. 12, solder balls 18a and 18b are formed on the upper surfaces of the columnar electrodes 16a and 16b. Next, through a dicing process, a plurality of semiconductor devices shown in FIG. 1 are obtained. According to the present embodiment, the thin film capacitive element 7 can be formed immediately above the connection pad 2b, and the wiring 15b can be formed thereon. In this case, although the area of the thin film capacitive element 7 is relatively small, since the ferroelectric film 10 can be used as a dielectric, a desired capacitance value can be obtained even with a relatively small area.

なお、図6に示す絶縁膜12形成工程(ただし、開口部13aは形成しない)を経た後に、絶縁膜12の上面に、図4に示すような下地金属層14およびレジスト膜21を形成し、次いで同じく図4に示すような強誘電体膜9、導電性保護膜10および上部電極11を形成すると、薄膜容量素子7が2層(または3層以上)積層された半導体装置を得ることもできる。   After the insulating film 12 formation step shown in FIG. 6 (however, the opening 13a is not formed), a base metal layer 14 and a resist film 21 as shown in FIG. 4 are formed on the upper surface of the insulating film 12, Next, when the ferroelectric film 9, the conductive protective film 10, and the upper electrode 11 as shown in FIG. 4 are formed, a semiconductor device in which the thin film capacitor element 7 is laminated in two layers (or three layers or more) can be obtained. .

(第2実施形態)
図13はこの発明の第2実施形態としての半導体装置の断面図を示し、図14は図13のXIV−XIV線に沿う一部(絶縁膜12)を省略した平面図を示す。この半導体装置において、図1に示す半導体装置と大きく異なる点は、シリコン基板1上の接続パッド2(添付符号a、bは省略する、以下同じ)配置領域の内側に平面方形状の薄膜容量素子31を設けた点である。この場合、薄膜容量素子31は、下から順に、下地金属層32、下部電極33、下地金属層34、強誘電体膜35、下地金属層36および上部電極37の6層構造となっている。
(Second Embodiment)
FIG. 13 is a sectional view of a semiconductor device as a second embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a plan view in which a part (insulating film 12) along the XIV-XIV line in FIG. 13 is omitted. This semiconductor device differs greatly from the semiconductor device shown in FIG. 1 in that a planar rectangular thin film capacitive element is disposed inside a connection pad 2 (attached symbols a and b are omitted, hereinafter the same) on the silicon substrate 1. 31 is provided. In this case, the thin film capacitive element 31 has a six-layer structure of a base metal layer 32, a lower electrode 33, a base metal layer 34, a ferroelectric film 35, a base metal layer 36, and an upper electrode 37 in order from the bottom.

すなわち、保護膜5の上面中央部には平面方形状の下地金属層32を含む下部電極33が設けられている。下地金属層32を含む下部電極33は、保護膜5の上面に設けられた下地金属層38を含む下部配線39に接続されている。下地金属層38を含む下部配線39の一端部は、絶縁膜3および保護膜5の開口部4、6を介して例えばGND用の接続パッド2に接続されている。   That is, a lower electrode 33 including a planar rectangular base metal layer 32 is provided at the center of the upper surface of the protective film 5. The lower electrode 33 including the base metal layer 32 is connected to the lower wiring 39 including the base metal layer 38 provided on the upper surface of the protective film 5. One end of the lower wiring 39 including the base metal layer 38 is connected to, for example, the GND connection pad 2 through the openings 4 and 6 of the insulating film 3 and the protective film 5.

一方、例えばVDD用の接続パッド2およびその他の接続パッド2上における開口部4、6内およびその周囲の保護膜5の上面には下地金属層40を含む上層接続パッド41がそれぞれ対応する接続パッド2に接続されて設けられている。なお、以下では、その他の接続パッド2に対応するものについての説明は省略する。   On the other hand, for example, the upper connection pads 41 including the base metal layer 40 are provided on the upper surfaces of the protective films 5 in and around the openings 4 and 6 on the connection pads 2 for VDD and the other connection pads 2, respectively. 2 is provided. In the following description, explanations of other connection pads 2 are omitted.

下部電極33、下部配線39および上層接続パッド41を含む保護膜5の上面には絶縁膜12が設けられている。下部電極33および上層接続パッド41に対応する部分における絶縁膜12には開口部42、43が設けられている。絶縁膜12の開口部42内の下部電極33の上面には下地金属層34および強誘電体膜35が設けられている。絶縁膜12の開口部43内の上層接続パッド41の上面には上下導通部44が設けられている。   An insulating film 12 is provided on the upper surface of the protective film 5 including the lower electrode 33, the lower wiring 39, and the upper layer connection pad 41. Openings 42 and 43 are provided in the insulating film 12 in portions corresponding to the lower electrode 33 and the upper layer connection pads 41. A base metal layer 34 and a ferroelectric film 35 are provided on the upper surface of the lower electrode 33 in the opening 42 of the insulating film 12. A vertical conduction portion 44 is provided on the upper surface of the upper layer connection pad 41 in the opening 43 of the insulating film 12.

強誘電体膜35を含む絶縁膜12の上面には下地金属層36を含む上部電極37が設けられている。下地金属層36を含む上部電極37は、絶縁膜12の上面に設けられた下地金属層45を含む上部配線46に接続されている。下地金属層45を含む上部配線46の一端部は上下導通部44の上面に接続されている。   An upper electrode 37 including a base metal layer 36 is provided on the upper surface of the insulating film 12 including the ferroelectric film 35. The upper electrode 37 including the base metal layer 36 is connected to the upper wiring 46 including the base metal layer 45 provided on the upper surface of the insulating film 12. One end portion of the upper wiring 46 including the base metal layer 45 is connected to the upper surface of the vertical conduction portion 44.

上部電極37および上部配線46を含む絶縁膜12の上面には上層絶縁膜47が設けられている。下部配線39の接続パッド部に対応する部分における上層絶縁膜47および絶縁膜12には開口部48が設けられている。開口部48内には上下導通部49が下部配線39の接続パッド部に接続されて設けられている。上部配線46の接続パッド部に対応する部分における上層絶縁膜47には開口部50が設けられている。開口部50内には上下導通部51が上部配線41の接続パッド部に接続されて設けられている。   An upper insulating film 47 is provided on the upper surface of the insulating film 12 including the upper electrode 37 and the upper wiring 46. An opening 48 is provided in the upper insulating film 47 and the insulating film 12 in a portion corresponding to the connection pad portion of the lower wiring 39. In the opening 48, a vertical conduction part 49 is provided connected to the connection pad part of the lower wiring 39. An opening 50 is provided in the upper insulating film 47 in a portion corresponding to the connection pad portion of the upper wiring 46. In the opening 50, a vertical conduction part 51 is provided connected to the connection pad part of the upper wiring 41.

上層絶縁膜47の上面には下地金属層14を含む配線15が設けられている。このうち、GND用の下地金属層14を含む配線15の一端部は上下導通部49の上面に接続されている。VDD用の下地金属層14を含む配線15の一端部は上下導通部51の上面に接続されている。なお、柱状電極16、封止膜17および半田ボール18についてはその説明を省略する。また、各部の材料については次の製造方法において説明する。   A wiring 15 including a base metal layer 14 is provided on the upper surface of the upper insulating film 47. Among these, one end part of the wiring 15 including the ground metal layer 14 for GND is connected to the upper surface of the vertical conduction part 49. One end portion of the wiring 15 including the base metal layer 14 for VDD is connected to the upper surface of the vertical conduction portion 51. The description of the columnar electrode 16, the sealing film 17, and the solder ball 18 is omitted. Further, the material of each part will be described in the following manufacturing method.

次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。図3に示す保護膜5形成工程を経た後に、図15に示すように、絶縁膜3および保護膜5の開口部4、6を介して露出された接続パッド2の上面を含む保護膜5の上面全体に、スパッタ法によりチタン、銅およびチタンを連続して成膜することにより、下地金属層51を形成する。   Next, an example of a method for manufacturing this semiconductor device will be described. After the protective film 5 forming step shown in FIG. 3, the protective film 5 including the insulating film 3 and the upper surface of the connection pad 2 exposed through the openings 4 and 6 of the protective film 5 is formed as shown in FIG. A base metal layer 51 is formed on the entire upper surface by successively depositing titanium, copper, and titanium by sputtering.

次に、下地金属層51の上面にメッキレジスト膜52をパターン形成する。この場合、下部電極33形成領域および下部配線39形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜52には開口部53が形成されている。また、上層接続パッド41形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜52には開口部54が形成されている。   Next, a plating resist film 52 is patterned on the upper surface of the base metal layer 51. In this case, an opening 53 is formed in the plating resist film 52 in portions corresponding to the lower electrode 33 formation region and the lower wiring 39 formation region. An opening 54 is formed in the plating resist film 52 in a portion corresponding to the upper layer connection pad 41 formation region.

次に、下地金属層51をメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜52の開口部53内の下地金属層51の上面に下部電極33および下部配線39を形成し、また、メッキレジスト膜52の開口部54内の下地金属層51の上面に上層接続パッド41を形成する。次に、メッキレジスト膜52を剥離し、次いで、下部電極33、下部配線39および上層接続パッド41をマスクとして下地金属層51の不要な部分をエッチングして除去すると、図16に示すように、下部電極33、下部配線39および上層接続パッド41下にのみ下地金属層32、38、40が残存される。   Next, by performing electrolytic plating of copper using the base metal layer 51 as a plating current path, the lower electrode 33 and the lower wiring 39 are formed on the upper surface of the base metal layer 51 in the opening 53 of the plating resist film 52. Then, the upper layer connection pad 41 is formed on the upper surface of the base metal layer 51 in the opening 54 of the plating resist film 52. Next, the plating resist film 52 is peeled off, and then unnecessary portions of the base metal layer 51 are removed by etching using the lower electrode 33, the lower wiring 39 and the upper layer connection pad 41 as a mask, as shown in FIG. Underlying metal layers 32, 38, 40 remain only under lower electrode 33, lower wiring 39 and upper layer connection pad 41.

次に、図17に示すように、下部電極33、下部配線39および上層接続パッド41を含む保護膜5の上面全体に、スクリーン印刷法やスピンコート法などにより、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる絶縁膜12を形成する。次に、フォトリソグラフィ法により、下部電極33の上面中央部に対応する部分および上層接続パッド42の上面中央部に対応する部分における絶縁膜12に開口部42、43を形成する。   Next, as shown in FIG. 17, the entire upper surface of the protective film 5 including the lower electrode 33, the lower wiring 39, and the upper layer connection pad 41 is thermosetting such as polyimide resin by screen printing or spin coating. An insulating film 12 made of resin is formed. Next, openings 42 and 43 are formed in the insulating film 12 at a portion corresponding to the central portion of the upper surface of the lower electrode 33 and a portion corresponding to the central portion of the upper surface of the upper connection pad 42 by photolithography.

次に、図18に示すように、絶縁膜12の開口部42内の上部電極33の上面に、ハードマスク(図示せず)を用いたスパッタ法により、チタンからなる下地金属層34を形成する。次に、絶縁膜12の開口部42内の下地金属層34の上面に、上記水熱合成法により、STO(SrTiO3)、BST((BaSr)TiO3)、PZT(Pb(ZrTi)O3)などからなる強誘電体膜35を形成する。この場合も、強誘電体膜35は、チタンからなる下地金属層34との反応により形成されるため、絶縁膜12の開口部42内の下地金属層34の上面のみに形成される。 Next, as shown in FIG. 18, a base metal layer 34 made of titanium is formed on the upper surface of the upper electrode 33 in the opening 42 of the insulating film 12 by sputtering using a hard mask (not shown). . Next, STO (SrTiO 3 ), BST ((BaSr) TiO 3 ), PZT (Pb (ZrTi) O 3 ) are formed on the upper surface of the base metal layer 34 in the opening 42 of the insulating film 12 by the hydrothermal synthesis method. ) Etc. is formed. Also in this case, since the ferroelectric film 35 is formed by reaction with the base metal layer 34 made of titanium, it is formed only on the upper surface of the base metal layer 34 in the opening 42 of the insulating film 12.

次に、図19に示すように、絶縁膜12の開口部43内の上層接続パッド41の上面に、銅の無電解メッキにより、上下導通部44を形成する。次に、必要に応じて、強誘電体膜35および上下導通部44を含む絶縁膜12の上面側を適宜に研磨する。次に、図20に示すように、上部電極35および上下導通部44を含む絶縁膜12の上面に、ハードマスク(図示せず)を用いたスパッタ法によりチタンおよび銅を連続して成膜することにより、下地金属層36、45を形成する。次に、下地金属層36、45の上面に、銅の無電解メッキにより、上部電極37および上部配線46を形成する。   Next, as shown in FIG. 19, the vertical conduction portion 44 is formed on the upper surface of the upper connection pad 41 in the opening 43 of the insulating film 12 by electroless plating of copper. Next, the upper surface side of the insulating film 12 including the ferroelectric film 35 and the upper and lower conductive portions 44 is appropriately polished as necessary. Next, as shown in FIG. 20, titanium and copper are successively formed on the upper surface of the insulating film 12 including the upper electrode 35 and the upper and lower conductive portions 44 by sputtering using a hard mask (not shown). Thereby, the base metal layers 36 and 45 are formed. Next, the upper electrode 37 and the upper wiring 46 are formed on the upper surfaces of the base metal layers 36 and 45 by electroless plating of copper.

次に、図21に示すように、上部電極37および上部配線46を含む絶縁膜12の上面全体に、スクリーン印刷法やスピンコート法などにより、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる上層絶縁膜47を形成する。次に、レーザビームを照射するレーザ加工あるいはフォトリソグラフィ法により、下部配線39および上部配線46の各接続パッド部に対応する部分における上層絶縁膜47に開口部48、50を形成する。   Next, as shown in FIG. 21, the entire upper surface of the insulating film 12 including the upper electrode 37 and the upper wiring 46 is covered with an upper insulating layer made of a thermosetting resin such as a polyimide resin by a screen printing method or a spin coating method. A film 47 is formed. Next, openings 48 and 50 are formed in the upper insulating film 47 at portions corresponding to the connection pad portions of the lower wiring 39 and the upper wiring 46 by laser processing or photolithography that irradiates a laser beam.

次に、上層絶縁膜47の開口部48、50内の上部電極37および上部配線46の上面に、銅の無電解メッキにより、上下導通部48、51を形成する。次に、必要に応じて、上下導通部48、51を含む上層絶縁膜47の上面側を適宜に研磨する。以下、図7〜図12にそれぞれ示す工程、すなわち、下地金属層14成膜工程、配線15形成工程、柱状電極16形成工程、下地金属層14形成工程、封止膜17形成工程、半田ボール18形成工程およびダイシング工程を経ると、図13に示す半導体装置が複数個得られる。本実施形態によれば、薄膜容量素子31の面積を比較的大きくすることができ、しかも、誘電体として強誘電体膜35を用いることができるため、薄膜容量素子31の容量値を比較的大きくすることができる。これにより、この薄膜容量素子31を2次電池として用いるようにしてもよい。   Next, upper and lower conductive portions 48 and 51 are formed on the upper surfaces of the upper electrode 37 and the upper wiring 46 in the openings 48 and 50 of the upper insulating film 47 by electroless plating of copper. Next, if necessary, the upper surface side of the upper insulating film 47 including the vertical conduction portions 48 and 51 is appropriately polished. Hereinafter, the processes shown in FIGS. 7 to 12, that is, the base metal layer 14 film forming process, the wiring 15 forming process, the columnar electrode 16 forming process, the base metal layer 14 forming process, the sealing film 17 forming process, the solder ball 18, respectively. Through the formation process and the dicing process, a plurality of semiconductor devices shown in FIG. 13 are obtained. According to the present embodiment, the area of the thin film capacitive element 31 can be made relatively large, and since the ferroelectric film 35 can be used as a dielectric, the capacitance value of the thin film capacitive element 31 is made relatively large. can do. Thereby, this thin film capacitive element 31 may be used as a secondary battery.

なお、上下導通部48、51を省略し、例えばGND用の下地金属層14を含む上層配線15の一端部を上層絶縁膜47および絶縁膜12の開口部48を介して下部配線39の接続パッド部上面に接続させ、また、例えばVDD用の下地金属層14を含む上層配線15の一端部を上層絶縁膜47の開口部50を介して上部配線46の接続パッド上面部に接続させるようにしてもよい。   The upper and lower conductive portions 48 and 51 are omitted, and for example, one end of the upper wiring 15 including the ground metal layer 14 for GND is connected to the connection pad of the lower wiring 39 through the upper insulating film 47 and the opening 48 of the insulating film 12. Further, for example, one end of the upper wiring 15 including the base metal layer 14 for VDD is connected to the upper surface of the connection pad of the upper wiring 46 through the opening 50 of the upper insulating film 47. Also good.

(第3実施形態)
図22はこの発明の第3実施形態としての半導体装置の断面図を示し、図23は図22のXXIII−XXIII線に沿う一部(絶縁膜12)を省略した平面図を示す。この半導体装置において、図13および図14に示す半導体装置と異なる点は、薄膜容量素子31、つまり、下地金属層32、下部電極33、下地金属層34、強誘電体膜35、下地金属層45および上部電極46を保護膜5上の接続パッド2配置領域の内側および外側に設けた点である。
(Third embodiment)
22 is a cross-sectional view of a semiconductor device as a third embodiment of the present invention, and FIG. 23 is a plan view in which a part (insulating film 12) along the line XXIII-XXIII in FIG. 22 is omitted. This semiconductor device is different from the semiconductor device shown in FIGS. 13 and 14 in that the thin film capacitor 31, that is, the base metal layer 32, the lower electrode 33, the base metal layer 34, the ferroelectric film 35, and the base metal layer 45. The upper electrode 46 is provided inside and outside the connection pad 2 arrangement region on the protective film 5.

この場合、保護膜5上の接続パッド2配置領域の外側に設けられた下地金属層32を含む下部電極33は下地金属層38を含む下部配線39に接続されている。また、保護膜5上の接続パッド2配置領域の外側に設けられた下地金属層36を含む上部電極37は下地金属層45を含む上部配線46に接続されている。本実施形態によれば、薄膜容量素子31の面積を上記第2実施形態の場合より更に大きくすることができ、薄膜容量素子31の容量値を更に大きくすることができる。 In this case, the lower electrode 33 including the base metal layer 32 provided outside the region where the connection pad 2 is disposed on the protective film 5 is connected to the lower wiring 39 including the base metal layer 38. Further, the upper electrode 37 including the base metal layer 36 provided outside the region where the connection pad 2 is arranged on the protective film 5 is connected to the upper wiring 46 including the base metal layer 45. According to the present embodiment, the area of the thin film capacitive element 31 can be further increased as compared with the second embodiment, and the capacitance value of the thin film capacitive element 31 can be further increased.

(第4実施形態)
図24はこの発明の第4実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置は平面方形状のベース板61を備えている。ベース板61は、ガラス繊維、アラミド繊維などにエポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させたもの、シリコン、ガラス、セラミックス、樹脂単体などの絶縁材料、あるいは、銅やアルミニウムなどの金属材料からなっている。
(Fourth embodiment)
FIG. 24 is a sectional view of a semiconductor device as a fourth embodiment of the present invention. This semiconductor device includes a base plate 61 having a planar rectangular shape. The base plate 61 is made of glass fiber, aramid fiber or the like impregnated with a thermosetting resin such as epoxy resin or polyimide resin, insulating material such as silicon, glass, ceramics, resin alone, or copper or aluminum. Made of metal material.

ベース板61の上面には、下から順に、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる下地絶縁膜62、下地金属層64および銅からなる下部電極65が設けられている。この場合、下地金属層64は、下から順に、チタン層および銅層の2層構造となっている。下部電極65の上面中央部には、下から順に、チタンからなる下地金属層66、強誘電体膜67、下地金属層68および銅からなる上部電極69が設けられている。   On the upper surface of the base plate 61, a base insulating film 62 made of a thermosetting resin such as a polyimide resin, a base metal layer 64, and a lower electrode 65 made of copper are provided in order from the bottom. In this case, the base metal layer 64 has a two-layer structure of a titanium layer and a copper layer in order from the bottom. In the center of the upper surface of the lower electrode 65, a base metal layer 66 made of titanium, a ferroelectric film 67, a base metal layer 68, and an upper electrode 69 made of copper are provided in order from the bottom.

この場合も、強誘電体膜67の材料としては、例えば、STO(SrTiO3)、BST((Ba、Sr)TiO3)、PZT(Pb(Zr、Ti)O3)などが挙げられる。下地金属層68は、下から順に、チタン層および銅層の2層構造となっている。そして、下地金属層64、下部電極65、下地金属層66、強誘電体膜67、下地金属層68および上部電極69により、薄膜容量素子63が構成されている。 Also in this case, examples of the material of the ferroelectric film 67 include STO (SrTiO 3 ), BST ((Ba, Sr) TiO 3 ), PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ), and the like. The base metal layer 68 has a two-layer structure of a titanium layer and a copper layer in order from the bottom. The thin film capacitor 63 is configured by the base metal layer 64, the lower electrode 65, the base metal layer 66, the ferroelectric film 67, the base metal layer 68, and the upper electrode 69.

上部電極69を含む下部電極65の上面にはポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる下層絶縁膜70が設けられている。下部電極65の上面周辺部の所定の箇所に対応する部分における下層絶縁膜70には開口部71が設けられている。開口部71内には銅からなる上下導通部72が下部電極65に接続されて設けられている。上部電極69の上面周辺部の所定の箇所に対応する部分における下層絶縁膜70には開口部73が設けられている。開口部73内には銅からなる上下導通部74が上部電極69に接続されて設けられている。   A lower insulating film 70 made of a thermosetting resin such as a polyimide resin is provided on the upper surface of the lower electrode 65 including the upper electrode 69. An opening 71 is provided in the lower insulating film 70 in a portion corresponding to a predetermined portion around the upper surface of the lower electrode 65. In the opening 71, a vertical conduction part 72 made of copper is provided connected to the lower electrode 65. An opening 73 is provided in the lower insulating film 70 in a portion corresponding to a predetermined location around the upper surface of the upper electrode 69. In the opening 73, a vertical conduction portion 74 made of copper is provided connected to the upper electrode 69.

上下導通部72、74を含む下層絶縁膜70の上面にはポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる平坦化膜75が設けられている。平坦化膜75の上面中央部には、ベース板61のサイズよりもある程度小さいサイズの平面方形状の半導体構成体76の下面がダイボンド材からなる接着層77を介して接着されている。ここで、薄膜容量素子63の平面的サイズは半導体構成体76の平面的サイズよりもある程度大きくなっている。   A planarizing film 75 made of a thermosetting resin such as a polyimide resin is provided on the upper surface of the lower insulating film 70 including the vertical conduction portions 72 and 74. The lower surface of a planar rectangular semiconductor structure 76 having a size somewhat smaller than the size of the base plate 61 is bonded to the central portion of the upper surface of the planarizing film 75 via an adhesive layer 77 made of a die bond material. Here, the planar size of the thin film capacitive element 63 is somewhat larger than the planar size of the semiconductor structure 76.

半導体構成体76は、一般的にはCSPと呼ばれるものであり、平面方形状のシリコン基板(半導体基板)78を備えている。シリコン基板78の下面は接着層77を介してベース板61の上面に接着されている。シリコン基板78の上面には所定の機能の集積回路(図示せず)が設けられ、上面周辺部にはアルミニウム系金属などからなる複数の接続パッド79が集積回路に接続されて設けられている。   The semiconductor structure 76 is generally called a CSP, and includes a planar rectangular silicon substrate (semiconductor substrate) 78. The lower surface of the silicon substrate 78 is bonded to the upper surface of the base plate 61 through an adhesive layer 77. An integrated circuit (not shown) having a predetermined function is provided on the upper surface of the silicon substrate 78, and a plurality of connection pads 79 made of aluminum-based metal or the like are provided on the periphery of the upper surface so as to be connected to the integrated circuit.

接続パッド79の中央部を除くシリコン基板78の上面には酸化シリコンなどからなる絶縁膜80が設けられ、接続パッド79の中央部は絶縁膜80に設けられた開口部81を介して露出されている。絶縁膜80の上面にはポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる保護膜82が設けられている。この場合、絶縁膜80の開口部81に対応する部分における保護膜82には開口部83が設けられている。   An insulating film 80 made of silicon oxide or the like is provided on the upper surface of the silicon substrate 78 excluding the central portion of the connection pad 79, and the central portion of the connection pad 79 is exposed through an opening 81 provided in the insulating film 80. Yes. A protective film 82 made of a thermosetting resin such as a polyimide resin is provided on the upper surface of the insulating film 80. In this case, an opening 83 is provided in the protective film 82 in a portion corresponding to the opening 81 of the insulating film 80.

保護膜82の上面には銅などからなる下地金属層84が設けられている。下地金属層84の上面全体には銅からなる配線85が設けられている。下地金属層84を含む配線85の一端部は、絶縁膜80および保護膜82の開口部81、83を介して接続パッド79に接続されている。配線85の接続パッド部上面には銅からなる柱状電極86が設けられている。配線85を含む保護膜82の上面にはエポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる封止膜22がその上面が柱状電極86の上面と面一となるように設けられている。   A base metal layer 84 made of copper or the like is provided on the upper surface of the protective film 82. A wiring 85 made of copper is provided on the entire upper surface of the base metal layer 84. One end of the wiring 85 including the base metal layer 84 is connected to the connection pad 79 through the openings 81 and 83 of the insulating film 80 and the protective film 82. A columnar electrode 86 made of copper is provided on the upper surface of the connection pad portion of the wiring 85. The sealing film 22 made of a thermosetting resin such as an epoxy resin is provided on the upper surface of the protective film 82 including the wiring 85 so that the upper surface thereof is flush with the upper surface of the columnar electrode 86.

半導体構成体76の周囲における平坦化膜75の上面には方形枠状の絶縁層88がその上面が半導体構成体76の上面とほぼ面一となるように設けられている。絶縁層88は、例えば、ガラス繊維やアラミド繊維などにエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させたもの、あるいは、エポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂のみからなっている。   A rectangular frame-like insulating layer 88 is provided on the upper surface of the planarizing film 75 around the semiconductor structure 76 so that the upper surface is substantially flush with the upper surface of the semiconductor structure 76. The insulating layer 88 is made of, for example, a glass fiber or an aramid fiber impregnated with a thermosetting resin such as an epoxy resin or a polyimide resin, or a thermosetting resin such as an epoxy resin.

半導体構成体76および絶縁層88の上面には、絶縁層88と同一の材料からなる上層絶縁膜89がその上面を平坦とされて設けられている。半導体構成体76の柱状電極86の上面中央部に対応する部分における上層絶縁膜89には開口部90が設けられている。上下導通部72、74の各上面中央部に対応する部分における上層絶縁膜89、絶縁層88および平坦化膜75には開口部91、92が設けられている。   An upper insulating film 89 made of the same material as the insulating layer 88 is provided on the upper surface of the semiconductor structure 76 and the insulating layer 88 with the upper surface being flat. An opening 90 is provided in the upper insulating film 89 at a portion corresponding to the center of the upper surface of the columnar electrode 86 of the semiconductor structure 76. Openings 91, 92 are provided in the upper insulating film 89, the insulating layer 88, and the planarizing film 75 in the portions corresponding to the center portions of the upper surfaces of the upper and lower conductive portions 72, 74.

上層絶縁膜89の上面には銅などからなる下地金属層93が設けられている。下地金属層93の上面全体には銅からなる上層配線94が設けられている。下地金属層93を含む上層配線94は、開口部91、92、93を介して上下導通部91、93、95の上面に適宜に接続されている。   A base metal layer 93 made of copper or the like is provided on the upper surface of the upper insulating film 89. An upper layer wiring 94 made of copper is provided on the entire upper surface of the base metal layer 93. The upper wiring 94 including the base metal layer 93 is appropriately connected to the upper surfaces of the upper and lower conductive portions 91, 93, 95 through the openings 91, 92, 93.

上層配線94を含む上層絶縁膜89の上面にはソルダーレジストなどからなるオーバーコート膜95が設けられている。上層配線94の接続パッド部に対応する部分におけるオーバーコート膜95には開口部96が設けられている。開口部96内およびその上方には半田ボール97が上層配線94の接続パッド部に接続されて設けられている。複数の半田ボール97は、オーバーコート膜95上にマトリクス状に配置されている。   An overcoat film 95 made of a solder resist or the like is provided on the upper surface of the upper insulating film 89 including the upper wiring 94. An opening 96 is provided in the overcoat film 95 in a portion corresponding to the connection pad portion of the upper wiring 94. Solder balls 97 are provided in and above the opening 96 so as to be connected to the connection pad portion of the upper layer wiring 94. The plurality of solder balls 97 are arranged in a matrix on the overcoat film 95.

次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図25に示すように、図24に示す完成された半導体装置を複数個形成することが可能な面積を有するベース板61を用意する。ベース板61は、限定する意味ではないが、平面方形状である。ベース板61は、例えば、ガラス繊維などにエポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させ、熱硬化性樹脂を硬化させてシート状となしたものである。   Next, an example of a method for manufacturing this semiconductor device will be described. First, as shown in FIG. 25, a base plate 61 having an area capable of forming a plurality of completed semiconductor devices shown in FIG. 24 is prepared. The base plate 61 is not limited, but has a planar square shape. The base plate 61 is formed into a sheet shape by impregnating a glass fiber or the like with a thermosetting resin such as an epoxy resin and curing the thermosetting resin.

次に、ベース板61の上面に、スクリーン印刷法やスピンコート法などにより、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる下地絶縁膜62を形成する。次に、下地絶縁膜62の上面に、スパッタ法によりチタンおよび銅を連続して成膜することにより、下地金属層64を形成する。次に、下地金属層64の上面に、下地金属層64をメッキ電流路とした銅の電解メッキにより、下部電極65を形成する。   Next, a base insulating film 62 made of a thermosetting resin such as a polyimide resin is formed on the upper surface of the base plate 61 by screen printing or spin coating. Next, a base metal layer 64 is formed on the upper surface of the base insulating film 62 by continuously forming titanium and copper by sputtering. Next, the lower electrode 65 is formed on the upper surface of the base metal layer 64 by electrolytic plating of copper using the base metal layer 64 as a plating current path.

次に、図26に示すように、下部電極65の上面にレジスト膜101をパターン形成する。この場合、薄膜容量素子形成領域に対応する部分におけるレジスト膜101には開口部102が形成されている。次に、レジスト膜101の開口部102内の下部電極65の上面に、ハードマスク(図示せず)を用いたスパッタ法によりチタンを成膜することにより、下地金属層66を形成する。   Next, as shown in FIG. 26, a resist film 101 is patterned on the upper surface of the lower electrode 65. In this case, an opening 102 is formed in the resist film 101 in a portion corresponding to the thin film capacitor element formation region. Next, a base metal layer 66 is formed by depositing titanium on the upper surface of the lower electrode 65 in the opening 102 of the resist film 101 by sputtering using a hard mask (not shown).

次に、レジスト膜101の開口部102内の下地金属層66の上面に、上記水熱合成法により、STO(SrTiO3)、BST((BaSr)TiO3)、PZT(Pb(ZrTi)O3)などからなる強誘電体膜67を形成する。この場合も、強誘電体膜67は、チタンからなる下地金属層66との反応により形成されるため、レジスト膜101の開口部102内の下地金属層66の上面のみに形成される。また、上記水熱合成法の処理温度は比較的低温であるため、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる下地絶縁膜62が熱的ダメージを受けることはない。 Next, an STO (SrTiO 3 ), BST ((BaSr) TiO 3 ), PZT (Pb (ZrTi) O 3 ) film is formed on the upper surface of the base metal layer 66 in the opening 102 of the resist film 101 by the hydrothermal synthesis method. ) Or the like is formed. Also in this case, since the ferroelectric film 67 is formed by reaction with the base metal layer 66 made of titanium, it is formed only on the upper surface of the base metal layer 66 in the opening 102 of the resist film 101. Further, since the processing temperature of the hydrothermal synthesis method is relatively low, the base insulating film 62 made of a thermosetting resin such as a polyimide resin is not thermally damaged.

次に、レジスト膜101の開口部102内の強誘電体膜67の上面に、ハードマスク(図示せず)を用いたスパッタ法によりチタンおよび銅を連続して成膜することにより、下地金属層68を形成する。次に、レジスト膜101の開口部102内の下地金属層68の上面に、銅の無電解メッキにより、上部電極69を形成する。次に、レジスト膜101を剥離する。なお、レジスト膜101を剥離するとき、下地金属層68が剥離しなければ、上部電極69を省略し、下地金属層68を上部電極としてもよい。   Next, titanium and copper are continuously formed on the upper surface of the ferroelectric film 67 in the opening 102 of the resist film 101 by a sputtering method using a hard mask (not shown), thereby forming a base metal layer. 68 is formed. Next, the upper electrode 69 is formed on the upper surface of the base metal layer 68 in the opening 102 of the resist film 101 by electroless plating of copper. Next, the resist film 101 is peeled off. When the resist film 101 is peeled off, if the base metal layer 68 is not peeled off, the upper electrode 69 may be omitted and the base metal layer 68 may be used as the upper electrode.

次に、図27に示すように、上部電極69を含む下部電極65の上面に、スクリーン印刷法やスピンコート法などにより、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる下層絶縁膜70を形成する。次に、レーザビームを照射するレーザ加工あるいはフォトリソグラフィ法により、下部電極65および上部電極69の各上面周辺部の所定の箇所に対応する部分における下層絶縁膜70に開口部71、73を形成する。   Next, as shown in FIG. 27, a lower insulating film 70 made of a thermosetting resin such as a polyimide resin is formed on the upper surface of the lower electrode 65 including the upper electrode 69 by screen printing, spin coating, or the like. . Next, openings 71 and 73 are formed in the lower insulating film 70 at portions corresponding to predetermined portions in the peripheral portions of the upper surfaces of the lower electrode 65 and the upper electrode 69 by laser processing or photolithography with laser beam irradiation. .

次に、下層絶縁膜70の開口部71、73内に上下導通部72、74を形成する。この場合、上下導通部72は、下層絶縁膜70の開口部71内の下部電極65の上面に、下地金属層64をメッキ電流路とした銅の電解メッキにより形成する。上下導通部74は、下層絶縁膜70の開口部73内の上部電極69の上面に、銅の無電解メッキにより形成する。次に、必要に応じて、上下導通部72、74を含む下層絶縁膜70の上面側を適宜に研磨する。   Next, upper and lower conductive portions 72 and 74 are formed in the openings 71 and 73 of the lower insulating film 70. In this case, the vertical conduction part 72 is formed on the upper surface of the lower electrode 65 in the opening 71 of the lower insulating film 70 by copper electrolytic plating using the base metal layer 64 as a plating current path. The vertical conduction part 74 is formed on the upper surface of the upper electrode 69 in the opening 73 of the lower insulating film 70 by electroless plating of copper. Next, if necessary, the upper surface side of the lower insulating film 70 including the vertical conduction portions 72 and 74 is appropriately polished.

次に、図28に示すように、上下導通部72、74を含む下層絶縁膜70の上面に、スクリーン印刷法やスピンコート法などにより、ポリイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる下層絶縁膜70を形成する。   Next, as shown in FIG. 28, a lower insulating film made of a thermosetting resin such as a polyimide resin is formed on the upper surface of the lower insulating film 70 including the upper and lower conductive portions 72 and 74 by screen printing, spin coating, or the like. 70 is formed.

ここで、半導体構成体76のシリコン基板78の下面に接着層77が設けられたものを用意する。接着層77を有する半導体構成体76は、例えば、ウエハ状態のシリコン基板78上に配線85、柱状電極86、封止膜87を形成した後、ウエハ状態のシリコン基板78の下面に、ダイアタッチメントフィルムとして市販されているエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂などのダイボンド材からなる接着層77を加熱加圧により半硬化させた状態で固着し、ダイシングにより個片化することにより得られる。   Here, a semiconductor structure 76 having an adhesive layer 77 provided on the lower surface of the silicon substrate 78 is prepared. The semiconductor structure 76 having the adhesive layer 77 is formed by, for example, forming a wiring 85, a columnar electrode 86, and a sealing film 87 on a silicon substrate 78 in a wafer state, and then attaching a die attachment film on the lower surface of the silicon substrate 78 in a wafer state. The adhesive layer 77 made of a die-bonding material such as an epoxy resin or a polyimide resin that is commercially available is fixed in a semi-cured state by heating and pressing, and is obtained by dividing into individual pieces by dicing.

次に、平坦化膜75の上面の所定の複数箇所にそれぞれ半導体構成体76のシリコン基板78の下面に接着された接着層77を接着する。ここでの接着は、加熱加圧により、接着層77を本硬化させる。   Next, an adhesive layer 77 bonded to the lower surface of the silicon substrate 78 of the semiconductor structure 76 is bonded to a plurality of predetermined locations on the upper surface of the planarizing film 75. In this bonding, the adhesive layer 77 is fully cured by heating and pressing.

次に、図29に示すように、半導体構成体76の周囲における平坦化膜75の上面に、スクリーン印刷法やスピンコート法などにより液状のエポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂を含む材料を塗布することにより、絶縁層形成用層88aを形成する。次に、絶縁層形成用層88aの上面に第2の絶縁膜形成用シート89aを配置する。この場合、第2の絶縁膜形成用シート89aは、ガラス繊維などにエポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させ、熱硬化性樹脂を半硬化状態としたものである。   Next, as shown in FIG. 29, a material containing a thermosetting resin such as a liquid epoxy resin is applied to the upper surface of the planarizing film 75 around the semiconductor structure 76 by a screen printing method, a spin coating method, or the like. Thus, the insulating layer forming layer 88a is formed. Next, the second insulating film forming sheet 89a is disposed on the upper surface of the insulating layer forming layer 88a. In this case, the second insulating film forming sheet 89a is obtained by impregnating a glass fiber or the like with a thermosetting resin such as an epoxy resin to make the thermosetting resin semi-cured.

次に、図30に示すように、一対の加熱加圧板103、104を用いて上下から絶縁層形成用層88aおよび第2の絶縁膜形成用シート89aを加熱加圧すると、半導体構成体76の周囲における第1の絶縁膜75の上面に絶縁層88が形成され、且つ、半導体構成体76および絶縁層88の上面に上層絶縁膜89が形成される。この場合、上層絶縁膜89の上面は、上側の加熱加圧板103の下面によって押さえ付けられるため、平坦面となる。   Next, as shown in FIG. 30, when the insulating layer forming layer 88 a and the second insulating film forming sheet 89 a are heated and pressed from above and below using the pair of heating and pressing plates 103 and 104, An insulating layer 88 is formed on the upper surface of the first insulating film 75 in the periphery, and an upper insulating film 89 is formed on the upper surfaces of the semiconductor structure 76 and the insulating layer 88. In this case, the upper surface of the upper insulating film 89 is pressed by the lower surface of the upper heating / pressing plate 103, and thus becomes a flat surface.

次に、図31に示すように、レーザビームを照射するレーザ加工あるいはフォトリソグラフィ法により、半導体構成体76の柱状電極86の上面中央部に対応する部分における上層絶縁膜89に開口部90を形成し、且つ、上下導通部72、74の各上面中央部に対応する部分における上層絶縁膜89、絶縁層88および平坦化膜75に開口部91、92を形成する。次に、必要に応じて、開口部90、91、92内などに発生したエポキシスミアなどをデスミア処理により除去する。   Next, as shown in FIG. 31, an opening 90 is formed in the upper insulating film 89 at a portion corresponding to the center of the upper surface of the columnar electrode 86 of the semiconductor structure 76 by laser processing or photolithography with laser beam irradiation. In addition, openings 91 and 92 are formed in the upper insulating film 89, the insulating layer 88, and the planarizing film 75 in the portions corresponding to the central portions of the upper surfaces of the upper and lower conductive portions 72 and 74. Next, if necessary, epoxy smear generated in the openings 90, 91, and 92 is removed by desmear treatment.

次に、図32に示すように、開口部90、91、92を介して露出された柱状電極86および上下導通部72、74の各上面を含む上層絶縁膜89の上面全体に下地金属層93を形成する。この場合、下地金属層93は、無電解メッキにより形成された銅層のみであってもよく、またスパッタ法により形成された銅層のみであってもよく、さらにスパッタ法により形成されたチタンなどの薄膜層上にスパッタ法により銅層を形成したものであってもよい。   Next, as shown in FIG. 32, the base metal layer 93 is formed on the entire upper surface of the upper insulating film 89 including the upper surfaces of the columnar electrode 86 and the upper and lower conductive portions 72, 74 exposed through the openings 90, 91, 92. Form. In this case, the base metal layer 93 may be only a copper layer formed by electroless plating, or may be only a copper layer formed by sputtering, and further may be titanium formed by sputtering. A copper layer may be formed on the thin film layer by sputtering.

次に、下地金属層93の上面にメッキレジスト膜105をパターン形成する。この場合、上層配線94形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜105には開口部106が形成されている。次に、メッキレジスト膜105の開口部106内の下地金属層93の上面に、下地金属層93をメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、上層配線94を形成する。次に、メッキレジスト膜105を剥離し、次いで、上層配線94をマスクとして下地金属層93の不要な部分をエッチングして除去すると、図33に示すように、上層配線94下にのみ下地金属層93が残存される。   Next, a plating resist film 105 is patterned on the upper surface of the base metal layer 93. In this case, an opening 106 is formed in the plating resist film 105 in a portion corresponding to the upper layer wiring 94 formation region. Next, the upper wiring 94 is formed on the upper surface of the base metal layer 93 in the opening 106 of the plating resist film 105 by performing electrolytic plating of copper using the base metal layer 93 as a plating current path. Next, the plating resist film 105 is peeled, and then unnecessary portions of the base metal layer 93 are removed by etching using the upper layer wiring 94 as a mask. As shown in FIG. 93 remains.

次に、図34に示すように、上層配線94を含む上層絶縁膜89の上面に、スクリーン印刷法やスピンコート法などにより、ソルダーレジストなどからなるオーバーコート膜95を形成する。この場合、上層配線94の接続パッド部に対応する部分におけるオーバーコート膜95には開口部96が形成されている。   Next, as shown in FIG. 34, an overcoat film 95 made of a solder resist or the like is formed on the upper surface of the upper insulating film 89 including the upper wiring 94 by a screen printing method, a spin coating method, or the like. In this case, an opening 96 is formed in the overcoat film 95 at a portion corresponding to the connection pad portion of the upper layer wiring 94.

次に、開口部96内およびその上方に半田ボール97を上層配線94の接続パッド部に接続させて形成する。次に、互いに隣接する半導体構成体76間において、オーバーコート膜95、上層絶縁膜89、絶縁層88、平坦化膜75、下層絶縁膜70、下部電極65、下地金属層64、下地絶縁膜62およびベース板61を切断すると、図24に示す半導体装置が複数個得られる。本実施形態によれば、薄膜容量素子63の面積を半導体構成体76より大きくすることができ、且つ、誘電体として強誘電体膜67を用いることができるため、薄膜容量素子63の容量値を上記第1、第2実施形態の場合より更に大きくすることができる。   Next, solder balls 97 are formed in and above the openings 96 by connecting them to the connection pads of the upper wiring 94. Next, between the semiconductor structures 76 adjacent to each other, the overcoat film 95, the upper insulating film 89, the insulating layer 88, the planarizing film 75, the lower insulating film 70, the lower electrode 65, the base metal layer 64, and the base insulating film 62 are provided. When the base plate 61 is cut, a plurality of semiconductor devices shown in FIG. 24 are obtained. According to the present embodiment, the area of the thin film capacitive element 63 can be made larger than that of the semiconductor structure 76, and the ferroelectric film 67 can be used as a dielectric. It can be made larger than in the case of the first and second embodiments.

(第5実施形態)
例えば、上記第4実施形態では、図24に示すように、ベース板1上に、下から順に、下地金属層64、下部電極65、下地金属層66、強誘電体膜67、下地金属層68および上部電極69からなる1層の薄膜容量素子63を形成した場合について説明したが、これに限らず、2層以上としてもよく、例えば、図35に示すこの発明の第5実施形態のように、2層としてもよい。
(Fifth embodiment)
For example, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 24, the base metal layer 64, the lower electrode 65, the base metal layer 66, the ferroelectric film 67, and the base metal layer 68 are formed on the base plate 1 in this order from the bottom. However, the present invention is not limited to this, and the number of layers may be two or more. For example, as in the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. It is good also as two layers.

すなわち、下地絶縁膜62の上面には、下から順に、下地金属層64A、下部電極65A、下地金属層66A、強誘電体膜67A、下地金属層68Aおよび上部電極69Aからなる第1の薄膜容量素子63Aが設けられている。この場合、下地金属層64Aを含む下部電極65Aの一部は下地金属層66Aを含む強誘電体膜67Aの外側に配置されている。上部電極69Aを含む下部電極65Aの上面には第1の下層絶縁膜70Aが設けられている。   That is, on the upper surface of the base insulating film 62, in order from the bottom, the first thin film capacitor including the base metal layer 64A, the lower electrode 65A, the base metal layer 66A, the ferroelectric film 67A, the base metal layer 68A, and the upper electrode 69A. An element 63A is provided. In this case, a part of the lower electrode 65A including the base metal layer 64A is disposed outside the ferroelectric film 67A including the base metal layer 66A. A first lower insulating film 70A is provided on the upper surface of the lower electrode 65A including the upper electrode 69A.

第1の下層絶縁膜70Aの上面には、下から順に、下地金属層64B、下部電極65B、下地金属層66B、強誘電体膜67B、下地金属層68Bおよび上部電極69Bからなる第2の薄膜容量素子63Bが設けられている。この場合、下地金属層64Bを含む下部電極65Bの一部は下地金属層66Bを含む強誘電体膜67Bの外側に配置されている。上部電極69Bおよび下部電極65Bを含む第1の下層絶縁膜70Aの上面には第2の下層絶縁膜70Bが設けられている。   On the upper surface of the first lower insulating film 70A, a second thin film comprising a base metal layer 64B, a lower electrode 65B, a base metal layer 66B, a ferroelectric film 67B, a base metal layer 68B and an upper electrode 69B in this order from the bottom. A capacitive element 63B is provided. In this case, a part of the lower electrode 65B including the base metal layer 64B is disposed outside the ferroelectric film 67B including the base metal layer 66B. A second lower insulating film 70B is provided on the upper surface of the first lower insulating film 70A including the upper electrode 69B and the lower electrode 65B.

第2の下層絶縁膜70Bの上面中央部には半導体構成体76の下面が接着層77を介して接着されている。下地金属層93を含む上部電極94は、上層絶縁膜89、絶縁層88、第2の下層絶縁膜70Bおよび第1の下層絶縁膜70Aに設けられた開口部91Aおよび92Aを介して第1の薄膜容量素子63Aの下部電極64Aおよび上部電極69Aに接続され、また上層絶縁膜89、絶縁層88および第2の下層絶縁膜70Bに設けられた開口部91Bおよび92Bを介して第2の薄膜容量素子63Bの下部電極64Bおよび上部電極69Bに接続されている。本実施形態によれば、薄膜容量素子63A,63Bを積層することにより、その容量値を上記第4実施形態の場合より更に大きくすることができる。   The lower surface of the semiconductor structure 76 is bonded to the central portion of the upper surface of the second lower insulating film 70 </ b> B through the adhesive layer 77. The upper electrode 94 including the base metal layer 93 includes the first insulating layer 89, the insulating layer 88, the second lower layer insulating film 70B, and the openings 91A and 92A provided in the first lower layer insulating film 70A. The second thin film capacitor is connected to the lower electrode 64A and the upper electrode 69A of the thin film capacitive element 63A, and through the openings 91B and 92B provided in the upper insulating film 89, the insulating layer 88, and the second lower insulating film 70B. The element 63B is connected to the lower electrode 64B and the upper electrode 69B. According to the present embodiment, by laminating the thin film capacitive elements 63A and 63B, the capacitance value can be made larger than in the case of the fourth embodiment.

(第6実施形態)
例えば、上記第4実施形態では、図24に示すように、半導体構成体76および絶縁層88上に上層絶縁膜89および上層配線94をそれぞれ1層ずつ形成した場合について説明したが、これに限らず、それぞれ2層以上としてもよく、例えば、図36に示すこの発明の第6実施形態のように、それぞれ2層としてもよい。
(Sixth embodiment)
For example, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 24, the case where one upper insulating film 89 and one upper wiring 94 are formed on the semiconductor structure 76 and the insulating layer 88 has been described. Instead, each may have two or more layers. For example, each may have two layers as in the sixth embodiment of the present invention shown in FIG.

すなわち、半導体構成体76および絶縁層88の上面には第1の上層絶縁膜89Aが設けられている。第1の上層絶縁膜89Aの上面には第1の下地金属層93Aを含む第1の上層配線94Aが設けられている。第1の下地金属層93Aを含む第1の上層配線94Aは、第1の上層絶縁膜89Aの開口部90Aを介して半導体構成体76の柱状電極86の上面に接続されている。   That is, the first upper insulating film 89 </ b> A is provided on the upper surfaces of the semiconductor structure 76 and the insulating layer 88. A first upper layer wiring 94A including a first base metal layer 93A is provided on the upper surface of the first upper layer insulating film 89A. The first upper wiring 94A including the first base metal layer 93A is connected to the upper surface of the columnar electrode 86 of the semiconductor structure 76 through the opening 90A of the first upper insulating film 89A.

第1の上層配線94Aを含む第1の上層絶縁膜89Aの上面には第2の上層絶縁膜89Bが設けられている。第2の上層絶縁膜89Bの上面には第2の下地金属層93Bを含む第2の上層配線94Bが設けられている。第2の下地金属層93Bを含む第2の上層配線94Bは、第2の上層絶縁膜89Bの開口部90Bを介して第1の上層配線94Aの接続パッド部に接続されている。   A second upper insulating film 89B is provided on the upper surface of the first upper insulating film 89A including the first upper wiring 94A. A second upper layer wiring 94B including a second base metal layer 93B is provided on the upper surface of the second upper layer insulating film 89B. The second upper layer wiring 94B including the second base metal layer 93B is connected to the connection pad portion of the first upper layer wiring 94A through the opening 90B of the second upper layer insulating film 89B.

第2の上層配線94Bを含む第2の上層絶縁膜89Bの上面にはオーバーコート膜95が設けられている。第2の上層配線94Bの接続パッド部に対応する部分におけるオーバーコート膜95には開口部96が設けられている。開口部96内およびその上方には半田ボール97が第2の上層配線94Bの接続パッド部に接続されて設けられている。   An overcoat film 95 is provided on the upper surface of the second upper layer insulating film 89B including the second upper layer wiring 94B. An opening 96 is provided in the overcoat film 95 in a portion corresponding to the connection pad portion of the second upper layer wiring 94B. Solder balls 97 are provided in and above the opening 96 so as to be connected to the connection pad portion of the second upper layer wiring 94B.

(その他の実施形態)
例えば、図24に示す半導体装置において、薄膜容量素子63を複数に分割するようにしてもよい。また、例えば、図24に示す半導体装置では、半導体構成体76として、外部接続用電極としての柱状電極86および封止膜87を有する場合について説明したが、これに限らず、例えば、柱状電極86および封止膜87を有せず、外部接続用電極としての接続パッド部を有する配線85を有するものとしてもよい。
(Other embodiments)
For example, in the semiconductor device shown in FIG. 24, the thin film capacitive element 63 may be divided into a plurality of parts. For example, in the semiconductor device shown in FIG. 24, the case where the semiconductor structure 76 includes the columnar electrode 86 and the sealing film 87 as external connection electrodes has been described. The wiring 85 may be provided with a connection pad portion as an external connection electrode without the sealing film 87.

この発明の第1実施形態としての半導体装置の断面図。1 is a cross-sectional view of a semiconductor device as a first embodiment of the present invention. 図1に示す半導体装置の製造方法の一例において、当初の工程の断面図。Sectional drawing of the initial process in an example of the manufacturing method of the semiconductor device shown in FIG. 図2に続く工程の断面図。Sectional drawing of the process following FIG. 図3に続く工程の断面図。Sectional drawing of the process following FIG. 図4に続く工程の断面図。Sectional drawing of the process following FIG. 図5に続く工程の断面図。Sectional drawing of the process following FIG. 図6に続く工程の断面図。Sectional drawing of the process following FIG. 図7に続く工程の断面図。Sectional drawing of the process following FIG. 図8に続く工程の断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view of the process following FIG. 8. 図9に続く工程の断面図。Sectional drawing of the process following FIG. 図10に続く工程の断面図。Sectional drawing of the process following FIG. 図11に続く工程の断面図。Sectional drawing of the process following FIG. この発明の第2実施形態としての半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device as 2nd Embodiment of this invention. 図13のXIII−XIII線に沿う一部を省略した平面図。The top view which abbreviate | omitted one part along the XIII-XIII line | wire of FIG. 図13に示す半導体装置の製造方法の一例において、当初の工程の断面図 。FIG. 14 is a cross-sectional view of an initial step in the example of the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 13. 図15に続く工程の断面図。FIG. 16 is a cross-sectional view of the process following FIG. 15. 図16に続く工程の断面図。FIG. 17 is a cross-sectional view of the process following FIG. 16. 図17に続く工程の断面図。FIG. 18 is a cross-sectional view of the process following FIG. 17. 図18に続く工程の断面図。FIG. 19 is a cross-sectional view of the process following FIG. 18. 図19に続く工程の断面図。FIG. 20 is a cross-sectional view of the process following FIG. 19. 図20に続く工程の断面図。FIG. 21 is a cross-sectional view of the process following FIG. 20. この発明の第3実施形態としての半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device as 3rd Embodiment of this invention. 図22のXXIII−XXIII線に沿う一部を省略した平図。The top view which abbreviate | omitted a part along the XXIII-XXIII line | wire of FIG. この発明の第4実施形態としての半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device as 4th Embodiment of this invention. 図24に示す半導体装置の製造方法の一例において、当初の工程の断面図 。FIG. 25 is a cross-sectional view of an initial step in the example of the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 24. 図25に続く工程の断面図。FIG. 26 is a sectional view of a step following FIG. 25. 図26に続く工程の断面図。FIG. 27 is a sectional view of a step following FIG. 26; 図27に続く工程の断面図。FIG. 28 is a sectional view of a step following FIG. 27. 図28に続く工程の断面図。FIG. 29 is a sectional view of a step following FIG. 28. 図29に続く工程の断面図。FIG. 30 is a sectional view of a step following FIG. 29; 図30に続く工程の断面図。FIG. 31 is a sectional view of a step following FIG. 30. 図31に続く工程の断面図。FIG. 32 is a cross-sectional view of the process following FIG. 31. 図32に続く工程の断面図。FIG. 33 is a sectional view of a step following FIG. 32. 図33に続く工程の断面図。FIG. 34 is a sectional view of a step following FIG. 33. この発明の第5実施形態としての半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device as 5th Embodiment of this invention. この発明の第6実施形態としての半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device as 6th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板
2 接続パッド
3 絶縁膜
5 保護膜
7 薄膜容量素子
8 下部電極
9 強誘電体膜
11 上部電極
12 絶縁膜
15 配線
16 柱状電極
17 半田ボール
61 ベース板
62 下地絶縁膜
63 薄膜容量素子
65 下部電極
67 強誘電体膜
69 上部電極
70 下層絶縁膜
72、74 上下導通部
75 平坦化膜
76 半導体構成体
77 接着層
78 シリコン基板
79 接続パッド
80 絶縁膜
82 保護膜
85 配線
86 柱状電極
87 封止膜
89 上層絶縁膜
94 上層配線
95 オーバーコート膜
97 半田ボール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Connection pad 3 Insulating film 5 Protective film 7 Thin film capacitive element 8 Lower electrode 9 Ferroelectric film 11 Upper electrode 12 Insulating film 15 Wiring 16 Columnar electrode 17 Solder ball 61 Base plate 62 Underlying insulating film 63 Thin film capacitive element 65 Lower electrode 67 Ferroelectric film 69 Upper electrode 70 Lower insulating film 72, 74 Vertical conduction part 75 Flattening film 76 Semiconductor structure 77 Adhesive layer 78 Silicon substrate 79 Connection pad 80 Insulating film 82 Protective film 85 Wiring 86 Columnar electrode 87 Sealing Stop film 89 Upper layer insulating film 94 Upper layer wiring 95 Overcoat film 97 Solder ball

Claims (12)

ベース板と、
前記ベース板上に設けられた下部電極、該下部電極上に水熱合成法により形成されて設けられた強誘電体膜および該強誘電体膜上に設けられた上部電極を有する薄膜容量素子と、
前記薄膜容量素子を覆うように設けられた下層絶縁膜と、前記下層絶縁膜上に設けられ、且つ、複数の接続パッドを有する半導体基板および該半導体基板上に前記接続パッドに電気的に接続されて設けられた外部接続用電極を有する平面方形状のシリコン基板と、
前記平面方形状のシリコン基板の周囲における前記下層絶縁膜上に設けられた絶縁層と、
前記平面方形状のシリコン基板および前記絶縁層上に設けられた上層絶縁膜と、
前記上層絶縁膜上に前記平面方形状のシリコン基板の外部接続用電極、前記薄膜容量素子の下部電極および上部電極に電気的に接続されて設けられた上層配線と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
A base plate,
A thin film capacitor having a lower electrode provided on the base plate, a ferroelectric film formed by hydrothermal synthesis on the lower electrode, and an upper electrode provided on the ferroelectric film; ,
A lower insulating film provided to cover the thin film capacitor, a semiconductor substrate provided on the lower insulating film and having a plurality of connection pads, and electrically connected to the connection pads on the semiconductor substrate A planar rectangular silicon substrate having external connection electrodes provided;
An insulating layer provided on the lower insulating film around the planar rectangular silicon substrate ;
An upper insulating film provided on the planar rectangular silicon substrate and the insulating layer;
An upper layer wiring electrically connected to the external connection electrode of the planar rectangular silicon substrate , the lower electrode and the upper electrode of the thin film capacitive element on the upper insulating film;
A semiconductor device comprising:
請求項に記載の発明において、前記薄膜容量素子の平面的サイズは前記平面方形状のシリコン基板の平面的サイズよりも大きくなっていることを特徴とする半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1 , wherein a planar size of the thin film capacitor element is larger than a planar size of the planar rectangular silicon substrate . 請求項に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部を除く部分を覆うオーバーコート膜を有することを特徴とする半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1 , further comprising an overcoat film that covers a portion of the upper wiring except for a connection pad portion. 請求項に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部上に半田ボールが設けられていることを特徴とする半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 3 , wherein a solder ball is provided on a connection pad portion of the upper layer wiring. 上面に複数の接続パッドを有する半導体基板と、前記半導体基板上に前記接続パッドを除く部分を覆うように設けられた樹脂からなる第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に前記接続パッドに接続されて設けられた下部電極、該下部電極上に設けられた強誘電体膜および該強誘電体膜上に設けられた上部電極を有する薄膜容量素子とを具備する半導体装置の製造方法において、
前記薄膜容量素子の強誘電体膜を水熱合成法により形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A semiconductor substrate having a plurality of connection pads on an upper surface; a first insulating film made of a resin provided on the semiconductor substrate so as to cover a portion excluding the connection pads; and the connection pads on the first insulating film. In a method of manufacturing a semiconductor device comprising a lower electrode connected and a ferroelectric film provided on the lower electrode and a thin film capacitor element having an upper electrode provided on the ferroelectric film,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a ferroelectric film of the thin film capacitor by a hydrothermal synthesis method.
請求項に記載の発明において、前記薄膜容量素子を覆う第2絶縁膜を形成し、前記第2絶縁膜上に配線を形成し、該配線の一端を前記薄膜容量素子の上部電極に接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。 6. The semiconductor device according to claim 5 , wherein a second insulating film that covers the thin film capacitive element is formed, a wiring is formed on the second insulating film, and one end of the wiring is connected to the upper electrode of the thin film capacitive element. A method for manufacturing a semiconductor device. 請求項に記載の発明において、前記配線の接続パッド部上に柱状電極を形成し、前記柱状電極の周囲を覆う封止膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6 , wherein a columnar electrode is formed on the connection pad portion of the wiring, and a sealing film covering the periphery of the columnar electrode is formed. 請求項に記載の発明において、前記柱状電極上に半田ボールを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7 , wherein solder balls are formed on the columnar electrodes. ベース板と、前記ベース板上に設けられた下部電極、該下部電極上に設けられた強誘電体膜および該強誘電体膜上に設けられた上部電極を有する薄膜容量素子と、前記薄膜容量素子を覆うように設けられた下層絶縁膜と、前記下層絶縁膜上に設けられ、且つ、複数の接続パッドを有する半導体基板および該半導体基板上に前記接続パッドに電気的に接続されて設けられた外部接続用電極を有する平面方形状のシリコン基板と、前記平面方形状のシリコン基板の周囲における前記下層絶縁膜上に設けられた絶縁層と、前記平面方形状のシリコン基板および前記絶縁層上に設けられた上層絶縁膜と、前記上層絶縁膜上に前記平面方形状のシリコン基板の外部接続用電極、前記薄膜容量素子の下部電極および上部電極に電気的に接続されて設けられた上層配線とを具備する半導体装置の製造方法において、
前記薄膜容量素子の強誘電体膜を水熱合成法により形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A thin film capacitor having a base plate, a lower electrode provided on the base plate, a ferroelectric film provided on the lower electrode, and an upper electrode provided on the ferroelectric film; and the thin film capacitor A lower insulating film provided to cover the element, a semiconductor substrate provided on the lower insulating film and having a plurality of connection pads, and provided on the semiconductor substrate and electrically connected to the connection pads external connection and the silicon substrate of square planar shape having an electrode, the planar sides and an insulating layer provided on the lower insulating film around the silicon substrate shape, the silicon substrate and the insulating layer of the planar square shape and an upper insulating film provided on the external connection electrodes of the silicon substrate of the square planar shape on the upper insulating film, provided to be electrically connected to the lower electrode and the upper electrode of the thin film capacitor element The method of manufacturing a semiconductor device including an upper layer interconnection,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a ferroelectric film of the thin film capacitor by a hydrothermal synthesis method.
請求項に記載の発明において、前記ベース板上に熱硬化性樹脂からなる下地絶縁膜を形成し、該下地絶縁膜上に前記下部電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9 , wherein a base insulating film made of a thermosetting resin is formed on the base plate, and the lower electrode is formed on the base insulating film. 請求項に記載の発明において、前記絶縁層上に、前記上層配線の接続パッド部を除く部分を覆うオーバーコート膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9 , wherein an overcoat film is formed on the insulating layer so as to cover a portion excluding the connection pad portion of the upper layer wiring. 請求項11に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部上に半田ボールを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11 , wherein solder balls are formed on connection pad portions of the upper wiring.
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