JP5587702B2 - Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
半導体装置には、図17に示すような構造のものがある。半導体ウエハ111の電極パッド112が設けられるとともに電極パッド112を開口している保護絶縁膜113で覆われた面に絶縁層114が設けられ、絶縁層114には電極パッド112の中央部に対応する部分に開口114aが設けられている。絶縁層114の表面及び開口114a内には電解めっき用シード層116が設けられ、電解めっき用シード層116の上部に配線層119が設けられることで配線115が形成されている。配線115は一端部が電極パッド112に接続される。
Some semiconductor devices have a structure as shown in FIG. The
配線115の他端部上に柱状電極121が設けられ、柱状電極121の周囲、並びに配線115及び絶縁層114が封止層122により封止される。柱状電極121は頭頂部が封止層122から露出し、柱状電極121の頭頂部に半田端子123が設けられる。半導体装置101は半田端子123を介して図示しない回路基板に接続される(例えば、特許文献1参照)。
A
ところで、半導体装置には、複数の電極パッドの中に接続パッドとして用いない非接続パッドがある場合がある。ここで、接続パッドに接続される配線は、非接続パッドと電流リークしないように非接続パッド迂回するようなレイアウト設計しなければならず、配線のレイアウトに制限があった。 By the way, in a semiconductor device, there may be a non-connection pad which is not used as a connection pad among a plurality of electrode pads. Here, the wiring connected to the connection pad has to be designed so as to bypass the non-connection pad so as not to leak current with the non-connection pad, and the layout of the wiring is limited.
本発明の課題は、配線のレイアウト設計の自由度が高く、電流リークを防止することができる半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, which have a high degree of freedom in wiring layout design and can prevent current leakage.
以上の課題を解決するため、本発明の第1の態様によれば、
半導体基板と、
前記半導体基板の一方の面に設けられた、導電性材料からなる複数の電極パッドと、
前記半導体基板の一方の面に設けられた、絶縁性材料からなる保護絶縁膜と、
前記保護絶縁膜の上面に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層の上面に設けられた配線と、
前記配線に接続された外部接続用電極と、を備え、
前記電極パッドは、前記保護絶縁膜及び前記絶縁層に設けられた開口によって少なくとも一部が露出し、前記開口を通じて前記配線に接続された第1の電極パッドと、少なくとも前記絶縁層で被覆されて露出していない第2の電極パッドと、を含み、
前記保護絶縁膜には、前記第2の電極パッドに対応する位置に開口が設けられており、
前記絶縁層は、少なくとも前記第2の電極パッドと前記配線の間において複数の絶縁膜が積層されてなり、前記配線の一部が前記複数の絶縁膜を介して前記第2の電極パッドと重なる位置に設けられていることを特徴とする半導体装置が提供される。
In order to solve the above problems, according to the first aspect of the present invention,
A semiconductor substrate;
A plurality of electrode pads made of a conductive material provided on one surface of the semiconductor substrate;
A protective insulating film made of an insulating material provided on one surface of the semiconductor substrate;
An insulating layer provided on the upper surface of the protective insulating film;
Wiring provided on the upper surface of the insulating layer;
An external connection electrode connected to the wiring,
The electrode pad is at least partially exposed by an opening provided in the protective insulating film and the insulating layer, and is covered with the first electrode pad connected to the wiring through the opening and at least the insulating layer. A second electrode pad that is not exposed,
The protective insulating film is provided with an opening at a position corresponding to the second electrode pad,
The insulating layer is formed by laminating a plurality of insulating films at least between the second electrode pad and the wiring, and a part of the wiring overlaps the second electrode pad through the plurality of insulating films. A semiconductor device is provided which is provided at a position.
本発明の第2の態様によれば、
第1の電極パッドと第2の電極パッドとが設けられている半導体基板の一方の面に、前記第1の電極パッドの少なくとも一部を露出させる開口を有する保護絶縁膜および絶縁層とを形成するとともに、前記第2の電極パッドを少なくとも前記絶縁層で被覆する工程と、
前記開口を通じて第1の電極パッドに接続する配線を前記絶縁層の上面に形成する工程と、
前記配線に接続する外部接続用電極を形成する工程と、を有し、
前記保護絶縁膜における、前記第2の電極パッドに対応する位置に開口を設け、
前記絶縁層は、少なくとも前記第2の電極パッドに対応する位置に前記複数の絶縁膜を積層することで、前記複数の絶縁膜を介して前記第2の電極パッドと重なる位置に前記配線の一部が設けられることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
According to a second aspect of the invention,
A protective insulating film and an insulating layer having an opening exposing at least a part of the first electrode pad are formed on one surface of the semiconductor substrate on which the first electrode pad and the second electrode pad are provided. And covering the second electrode pad with at least the insulating layer;
Forming a wiring connected to the first electrode pad through the opening on the upper surface of the insulating layer;
Forming an external connection electrode connected to the wiring,
An opening is provided at a position corresponding to the second electrode pad in the protective insulating film,
The insulating layer is formed by laminating the plurality of insulating films at a position corresponding to at least the second electrode pad, so that one of the wirings overlaps with the second electrode pad via the plurality of insulating films. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
本発明によれば、集密度を高め、電流リークを防止することができる。 According to the present invention, it is possible to increase density and prevent current leakage.
図1は本発明の実施形態に係る半導体装置1を示す平面図であり、図2は図1のII−II矢視断面図である。この半導体装置1は、半導体デバイスウエハ10と、第1絶縁膜14Aと、第2絶縁膜14Bと、配線15と、柱状電極21と、封止層22と、半田端子23と、等を備える。
FIG. 1 is a plan view showing a
半導体デバイスウエハ10は、シリコン等の半導体からなる半導体基板11と、金属等の導電性材料からなる複数の電極パッド12と、酸化シリコンまたは窒化シリコン等の絶縁性材料からなる保護絶縁膜13と、を備える。
半導体基板11の表面又は内部には、電子回路が設けられている。
電極パッド12は、半導体基板11の電子回路或いは半導体基板11の電子回路に接続された配線の少なくともいずれかに接続される接続パッド12cと、半導体基板11の電子回路及び半導体基板11の電子回路に接続された配線のいずれにも接続されていない非接続パッド12ncと、を含む。
保護絶縁膜13は半導体基板11の表面に形成され、電子回路や配線等を被覆する。
また、保護絶縁膜13には、電極パッド12のうちの接続パッド12cを露出させる開口13aが設けられている。保護絶縁膜13は非接続パッド12nc上を覆っている。図1、図2に示すように、開口13aは電極パッド12の接続パッド12cよりも小さいため、接続パッド12cの周縁部が保護絶縁膜13に覆われている。
The
An electronic circuit is provided on the surface or inside of the
The
The protective
The protective
保護絶縁膜13の上面には、第1絶縁膜14Aと第2絶縁膜14Bとからなる絶縁層14がこの順で設けられている。
第1絶縁膜14A、第2絶縁膜14Bには、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール(PBO)、等の高機能プラスチック材料、エポキシ系、フェノール系、シリコン系等のプラスチック材料、またはこれらの複合材料等を用いることができる。
On the upper surface of the protective
The first
第1絶縁膜14Aには、接続パッド12cを露出させる開口14aが設けられている。開口14aは第1絶縁膜14Aが感光性樹脂であれば、半導体デバイスウエハ10上に塗布−露光−現像−本硬化することで一括形成することができる。また、開口14aは、全体に第1絶縁膜14Aを被膜後、接続パッド12cに対応する位置の第1絶縁膜14Aに例えばレーザ光照射をして形成することができる。図1、図2に示すように、開口14aは、保護絶縁膜13の開口13aよりも小さく、開口14aの外周側で接続パッド12cと第1絶縁膜14Aとが密着している。
なお、非接続パッド12nc上では、開口14aが形成されておらず、非接続パッド12ncの上部にも保護絶縁膜13を介して第1絶縁膜14Aが形成されている。
The first
Note that the
第1絶縁膜14Aの上面には、第2絶縁膜14Bが形成されている。なお、第1絶縁膜14Aと第2絶縁膜14Bとで同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。
A second
第2絶縁膜14Bには、開口14aと同じ位置に、接続パッド12cを露出させる開口14bが設けられている。開口14bは開口14aと同様に形成することができる。
なお、非接続パッド12nc上では、開口14bが形成されておらず、非接続パッド12ncの上部の第1絶縁膜14A上にも第2絶縁膜14Bが形成されている。
The second
Note that the
開口13a、14a、14bから露出した接続パッド12cの上部、及び、第2絶縁膜14Bの上面の一部には、配線15が形成されている。配線15は、下層であって、上層を電解メッキするための核となる電解めっき用シード層16と、上層である銅等の導電性材料を有する配線層19を含む。電解めっき用シード層16は、例えば、第2絶縁膜14Bとの密着性を高める密着層としてTi、Ta、TiWなどを厚さ100nm程度、拡散防止層としてTiN、TaNなどを厚さ200nm程度、導電層としてCu等を厚さ600nm程度、スパッタリング法等により積層することが好ましい。電解めっき用シード層16の一部は、開口13a、14a、14bを介して接続パッド12cに接続されている。配線15は、シリコン基板11に設けられた電子回路を、柱状電極21に導通するための配線である。
A
電解めっき用シード層16の上面には銅等の導電性材料からなる配線層19が形成されている。配線層19は電解めっき用シード層16より厚く、例えば1μm〜5μmの厚さが好ましい。
A
電解めっき用シード層16及び配線層19の積層体である配線15は、対応する1つ又は複数の接続パッド12cと1つ又は複数の柱状電極21とを接続している。また、配線15は、それぞれ隣接する他の配線15と電気的に絶縁されるように配列されている。
なお、集積度を上げるため、図1、図2に示すように、接続パッド12cに接続されている配線15の一部が非接続パッド12ncと重なる位置に配置されている。非接続パッド12ncとその上部の配線15とは、間に設けられた第1絶縁膜14A及び第2絶縁膜14Bにより絶縁されている。
The
In order to increase the degree of integration, as shown in FIGS. 1 and 2, a part of the
配線15における接続パッド12cに接続される端部とは反対側の端部は、第1絶縁膜14A及び第2絶縁膜14Bの上部においてランドを形成している。ランド上面には、銅等の導電性材料からなる柱状電極21が形成されている。柱状電極21の直径は50〜500μmである。柱状電極21の高さは45〜99μm程度であり、配線15の厚さと合わせて50〜100μm程度である。柱状電極21の側面は封止層22により保護されている。柱状電極21の上部には、半田端子23が設けられている。
The end portion of the
配線15及び第2絶縁膜14Bの上部には、柱状電極21が設けられた部分を除き、封止層22が充填されている。封止層22は、例えば、熱硬化性ポリイミド、エポキシ系樹脂やフェノール系樹脂等の熱硬化性樹脂と、シリカ等のフィラーとのコンポジット(複合材料)を含む。ただし、フィラーを含有していない熱硬化性樹脂でもよい。
The upper part of the
次に、半導体装置1の製造方法について図3〜図16を用いて説明する。ここで、図3〜図16は製造途中における半導体基板11を示す断面図である。
Next, a method for manufacturing the
まず、図3に示すように、半導体基板11上に電極パッド12及び保護絶縁膜13を備える、ダイシング前の半導体デバイスウエハ10の表面に、第1絶縁膜14Aの材料となる感光性樹脂を塗布し、露光・現像することにより第1絶縁膜14Aを形成する。このとき、接続パッド12c上の第1絶縁膜14Aには、開口14aが設けられている。次に、図4に示すように、第2絶縁膜14Bの材料となる感光性樹脂を塗布し、露光・現像することにより第2絶縁膜14Bを形成する。このとき、接続パッド12c上の第2絶縁膜14Bには、開口14bが設けられている。
First, as shown in FIG. 3, a photosensitive resin, which is a material for the first insulating
次に、図5に示すように、スパッタ等の気相堆積法により第2絶縁膜14Bの全面及び電極パッド12を覆う電解めっき用シード層16を形成する。
次に、図6に示すように、電解めっき用シード層16上の配線層19を形成する領域を除き、配線レジスト17を形成する。
Next, as shown in FIG. 5, an
Next, as shown in FIG. 6, a wiring resist 17 is formed except for a region where the
次に、図7に示すように、配線レジスト17が形成されていない部分に、電解めっき用シード層16を陰極とする電解めっきにより配線層19を堆積する。
その後、図8に示すように、配線レジスト17を除去する。
Next, as shown in FIG. 7, a
Thereafter, as shown in FIG. 8, the wiring resist 17 is removed.
次に、図9に示すように、電解めっき用シード層16及び配線層19の上面にドライフィルムを貼り付け、パターニングすることで柱状電極21用のレジスト20を形成する。なお、レジスト20には、複数の柱状電極21を形成する部分に複数の開口20aが設けられている。
Next, as shown in FIG. 9, a dry film is attached to the upper surfaces of the
次に、図10に示すように、電解めっき用シード層16を陰極とする電解めっきにより、レジスト20の開口20a内に柱状電極21を堆積する。
次に、図11に示すように、レジスト20を除去する。
Next, as shown in FIG. 10,
Next, as shown in FIG. 11, the resist 20 is removed.
次に、図12に示すように、ソフトエッチングにより配線層19、柱状電極21が形成されていない領域の電解めっき用シード層16を除去して、配線層19とその下部の電解めっき用シード層16との積層体である配線15を形成する。
なお、この時、配線層19、柱状電極21の表面も電解めっき用シード層16の厚さと同程度にエッチングされるが、配線層19、柱状電極21は電解めっき用シード層16と比較して充分に厚いため、影響はない。
Next, as shown in FIG. 12, the
At this time, the surfaces of the
次に、外観検査により配線15の断線や半導体デバイスウエハ10上の異物の有無を確認する。次に、第2絶縁膜14Bの表面を酸素プラズマにより処理することで、表面の炭化物等の異物を除去する。
Next, the presence or absence of foreign matter on the
次に、図13に示すように、印刷法により封止層22となる樹脂を充填することで、半導体デバイスウエハ10上に、柱状電極21の上部まで覆う封止層22を形成する。
Next, as shown in FIG. 13, the
次に、図14に示すように、グラインダーで封止層22を上面から切削しながら、柱状電極21の上部を切削することで、柱状電極21及び封止層22の上面を略面一に形成する。これにより柱状電極21が電解めっき時に不均一な高さに形成されていても、ほぼ同一の高さにすることができる。
次に、柱状電極21の上面をライトエッチングすることにより表面処理を行い、図15に示すように、半田端子23を設ける。その後、ダイシングすることにより、図1、図2に示す半導体装置1が完成する。
Next, as shown in FIG. 14, the upper surface of the
Next, a surface treatment is performed by light etching the upper surface of the
ところで、保護絶縁膜13、第1絶縁膜14Aや第2絶縁膜14Bに微小なピンホールが生じる場合も考えられる。図16は何らかの要因で保護絶縁膜13に微小なピンホール13b、第1絶縁膜14A及び第2絶縁膜14Bに微小なピンホール14c、14dが生じた状態を示す、半導体装置1の非接続パッド12nc近傍の拡大断面図である。図16に示すように、ピンホール13b、ピンホール14c、14dの位置は確率的にずれているので、配線15(接続パッド12c)と非接続パッド12ncとの絶縁は保たれる。また、保護絶縁膜13、第1絶縁膜14A及び第2絶縁膜14Bのうちの一層乃至二層にピンホールが形成されても残り二層乃至一層にピンホールが形成されていなければ絶縁は保たれる。
By the way, there may be a case where a minute pinhole is generated in the protective insulating
もし絶縁膜が1層である場合、ピンホール内に電解めっき用シード層16や配線層19が形成されることで、配線15(接続パッド12c)が非接続パッド12ncと導通してしまうおそれがある。
If the insulating film is a single layer, the
これに対して、本実施形態においては、第1絶縁膜14Aと第2絶縁膜14Bとが積層されているので、仮に保護絶縁膜13、第1絶縁膜14Aや第2絶縁膜14Bに微小なピンホール13b、14c、14dが形成されたとしても、ピンホール13b、14c、14dが全く同じ位置に形成されることはほとんどないと考えられる。また、第1絶縁膜14Aにピンホール14cが形成されたとしても、図16に示すように、ピンホール14cが後から形成した第2絶縁膜14Bにより埋められる。第2絶縁膜14Bにピンホール14dが形成され、ピンホール14d内に電解めっき用シード層16が形成されたとしても、第1絶縁膜14Aがあるため、配線15は非接続パッド12ncと導通しない。このため、絶縁層14を介して非接続パッド12ncと配線15を重ねて配置することができ、配線15の集密度を高めることができる。
On the other hand, in the present embodiment, since the first insulating
なお、以上の実施形態においては、第1絶縁膜14Aの上部全面に第2絶縁膜14Bを形成したが、本発明はこれに限らない。例えば、非接続パッド12ncと重なる位置にのみ第2絶縁膜14Bを部分的に形成してもよい。あるいは、非接続パッド12ncの上部にのみ第1絶縁膜14Aを部分的に形成し、第1絶縁膜14A及び保護絶縁膜13の上部に第2絶縁膜14Bを形成してもよい。
また、以上の実施形態においては、絶縁層14を2層としたが、さらに3層以上の多層としてもよい。
また、以上の実施形態においては、保護絶縁膜13には、接続パッド12cに対応する位置にのみ開口13aを設けたが、接続パッド12c及び非接続パッド12ncの両方に開口13aを設けてもよく、このような構造においても、配線15との間に複数の絶縁膜14を設けることによって非接続パッド12ncの絶縁性を維持することができる。
In the above embodiment, the second
In the above embodiment, the insulating layer 14 is two layers, but may be a multilayer of three or more layers.
In the above embodiment, the
1、101 半導体装置
10 半導体デバイスウエハ
11、111 半導体基板
12、112 電極パッド
13、113 保護絶縁膜
14、114 絶縁層
14A、14B 絶縁膜
13a、14a、14b、20a、114a 開口
14c、14d ピンホール
15、115 配線
16、116 電解めっき用シード層
17 配線レジスト
19、119 配線層
21、121 柱状電極(外部接続用電極)
22、122 封止層
23、123 半田端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101
22, 122
Claims (4)
前記半導体基板の一方の面に設けられた、導電性材料からなる複数の電極パッドと、
前記半導体基板の一方の面に設けられた、絶縁性材料からなる保護絶縁膜と、
前記保護絶縁膜の上面に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層の上面に設けられた配線と、
前記配線に接続された外部接続用電極と、を備え、
前記電極パッドは、前記保護絶縁膜及び前記絶縁層に設けられた開口によって少なくとも一部が露出し、前記開口を通じて前記配線に接続された第1の電極パッドと、少なくとも前記絶縁層で被覆されて露出していない第2の電極パッドと、を含み、
前記保護絶縁膜には、前記第2の電極パッドに対応する位置に開口が設けられており、
前記絶縁層は、少なくとも前記第2の電極パッドと前記配線の間において複数の絶縁膜が積層されてなり、前記配線の一部が前記複数の絶縁膜を介して前記第2の電極パッドと重なる位置に設けられていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A plurality of electrode pads made of a conductive material provided on one surface of the semiconductor substrate;
A protective insulating film made of an insulating material provided on one surface of the semiconductor substrate;
An insulating layer provided on the upper surface of the protective insulating film;
Wiring provided on the upper surface of the insulating layer;
An external connection electrode connected to the wiring,
The electrode pad is at least partially exposed by an opening provided in the protective insulating film and the insulating layer, and is covered with the first electrode pad connected to the wiring through the opening and at least the insulating layer. A second electrode pad that is not exposed,
The protective insulating film is provided with an opening at a position corresponding to the second electrode pad,
The insulating layer is formed by laminating a plurality of insulating films at least between the second electrode pad and the wiring, and a part of the wiring overlaps the second electrode pad through the plurality of insulating films. A semiconductor device provided at a position.
前記開口を通じて第1の電極パッドに接続する配線を前記絶縁層の上面に形成する工程と、
前記配線に接続する外部接続用電極を形成する工程と、を有し、
前記保護絶縁膜における、前記第2の電極パッドに対応する位置に開口を設け、
前記絶縁層は、少なくとも前記第2の電極パッドに対応する位置に前記複数の絶縁膜を積層することで、前記複数の絶縁膜を介して前記第2の電極パッドと重なる位置に前記配線の一部が設けられることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A protective insulating film and an insulating layer having an opening exposing at least a part of the first electrode pad are formed on one surface of the semiconductor substrate on which the first electrode pad and the second electrode pad are provided. And covering the second electrode pad with at least the insulating layer;
Forming a wiring connected to the first electrode pad through the opening on the upper surface of the insulating layer;
Forming an external connection electrode connected to the wiring,
An opening is provided at a position corresponding to the second electrode pad in the protective insulating film,
The insulating layer is formed by laminating the plurality of insulating films at a position corresponding to at least the second electrode pad, so that one of the wirings overlaps with the second electrode pad via the plurality of insulating films. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that a part is provided.
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