JP5670119B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は回路基板及びその製造方法、それらを適用した半導体装置及びその製造方法並びにシステムに関する。さらには、ウエハレベルパッケージ構造およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a circuit board and a manufacturing method thereof, a semiconductor device to which the circuit board is applied, a manufacturing method and a system thereof. Furthermore, the present invention relates to a wafer level package structure and a manufacturing method thereof.

近年、コンピュータや移動体通信機器など半導体チップを用いた回路システムに対しては、小型化の要求が非常に高まっている。このような要求を満たすため、半導体チップはそのチップサイズに近いチップサイズパッケージ(CSP)に実装されることがある。   In recent years, there has been a great demand for miniaturization of circuit systems using semiconductor chips such as computers and mobile communication devices. In order to satisfy such requirements, a semiconductor chip may be mounted in a chip size package (CSP) close to the chip size.

CSPを実現する方法の一つとして、ウエハレベルパッケージ(WLP)と呼ばれるパッケージング方法が知られている(特許文献1,2参照)。WLPは、ダイシングにより個片化する前のシリコンウエハに対して外部端子電極などを形成する方法であり、ダイシングによる個片化は、WLPの後に行われる。WLPを用いれば、多数の半導体チップに対して外部端子電極などの形成を同時に行うことができるため、生産性を高めることができると期待されている。   As one method for realizing CSP, a packaging method called a wafer level package (WLP) is known (see Patent Documents 1 and 2). WLP is a method of forming an external terminal electrode or the like on a silicon wafer before being diced by dicing, and singulation by dicing is performed after WLP. If WLP is used, it is expected that productivity can be improved because external terminal electrodes and the like can be simultaneously formed on a large number of semiconductor chips.

特開2004−319792号公報JP 2004-319792 A 特開2007−157879号公報JP 2007-157879 A

しかしながら、WLPは、内部端子電極を有する基板を製造する前工程以後の工程であり、ボンディングワイヤを用いた一般的なパッケージング方法とは異なり、基板を含む最終製品に仕上げる後工程において一般的にフォトリソグラフィー工程(レジスト塗布、露光、現像、レジスト剥離)が含まれるため、製造コストが高いという問題があった。例えば、特許文献1の図9には、フォトリソグラフィー法によって配線層(12)をパターニングし、さらに、フォトリソグラフィー法によって絶縁層(21)をパターニングした後、外部端子電極(31)を形成する方法が記載されている。また、特許文献2の図3〜図4にも、フォトリソグラフィー法によって配線層(13)をパターニングし、さらに、フォトリソグラフィー法によって絶縁層(15)をパターニングした後、外部端子電極(16)を形成する方法が記載されている。   However, WLP is a process after the pre-process for manufacturing a substrate having an internal terminal electrode. Unlike a general packaging method using a bonding wire, WLP is generally used in a post-process for finishing a final product including a substrate. Since a photolithography process (resist application, exposure, development, resist stripping) is included, there is a problem that the manufacturing cost is high. For example, in FIG. 9 of Patent Document 1, a method of forming an external terminal electrode (31) after patterning a wiring layer (12) by photolithography and further patterning an insulating layer (21) by photolithography. Is described. 3 to 4 of Patent Document 2, the wiring layer (13) is patterned by the photolithography method, and further, the insulating layer (15) is patterned by the photolithography method, and then the external terminal electrode (16) is formed. A method of forming is described.

このような問題は半導体チップのWLPに限らず、微細な内部回路が形成された各種回路基板に外部端子電極を形成する他のケースにおいても生じる問題である。   Such a problem is not limited to the WLP of the semiconductor chip, but also occurs in other cases where external terminal electrodes are formed on various circuit boards on which fine internal circuits are formed.

このため、微細な内部回路が形成された回路基板、特にシリコンウエハにウエハレベルで外部端子電極等を形成するより安価な方法が求められている。   Therefore, there is a demand for a cheaper method for forming external terminal electrodes and the like on a circuit board on which fine internal circuits are formed, particularly a silicon wafer, at the wafer level.

更に、本発明者らは、次のことにも気がついた。例えば、回路基板とその他の機能チップとを混載したシステムインパッケージ(SIP)の半導体装置を考える場合、その半導体装置のパッケージサイズにおいてもパッケージ内に含まれる半導体チップのサイズに近いパッケージ(CSP)に実装することが望ましい。例えば、回路基板に含まれる第1のチップとその第1のチップと通信する第2のチップは、チップサイズが異なり、それらチップを積層構造にするには、チップレベルでの実装技術が必要である。好ましくは、更なる小型化と価格の低減のためにウエハレベルで複数のチップを一つにパッケージングすることが求められている。   Furthermore, the present inventors have also noticed the following. For example, when considering a system-in-package (SIP) semiconductor device in which a circuit board and other functional chips are mixedly mounted, the package size of the semiconductor device is a package (CSP) close to the size of the semiconductor chip included in the package. It is desirable to implement. For example, a first chip included in a circuit board and a second chip that communicates with the first chip have different chip sizes, and mounting technology at a chip level is required to make the chips have a stacked structure. is there. Preferably, there is a need to package a plurality of chips together at the wafer level for further miniaturization and cost reduction.

また、例えば、複数の第1のチップで構成するウェハ上にそれぞれ対応する複数の第2のチップを積層してそれらをボンディングワイヤで接続する場合、例えば、ウェハ上にボンディングワイヤと接続する再配線(再配線層)を作成する必要があるが、一般に行われている下地金属をスパッタした後、アディティブ(ダマシン)めっきによって生成されたCu配線は、ボンディングワイヤと接続するには、濡れ性等の問題からあまり適切な金属ではなく、再配線であるCu配線層の上に更にAuめっきを施すことが求められ、よって多層構造で、製造コストの高い再配線層の構造となっている。   In addition, for example, when a plurality of second chips corresponding to each other are stacked on a wafer constituted by a plurality of first chips and connected by bonding wires, for example, rewiring to be connected to the bonding wires on the wafer (Rewiring layer) needs to be created, but Cu wiring generated by additive (damascene) plating after sputtering of the commonly used base metal, such as wettability to connect with bonding wire Because of the problem, it is not a suitable metal, and it is required to further apply Au plating on the Cu wiring layer which is a rewiring. Therefore, the rewiring layer has a multilayer structure and a high manufacturing cost.

本発明者らは、回路基板に外部端子電極を形成する安価な方法について鋭意研究を重ねた結果、上記課題の少なくとも一つを解決することを見出した。まず最初に、メタルマスクを介して回路基板上に金属材料をイオンプレーティングし、その後メタルマスクを剥離(リフトオフ)する方法を用いれば、フォトリソグラフィー工程を用いることなく、外部端子電極と接続するための配線層を形成できることを見いだした。イオンプレーティング法自体は広く知られた金属成膜方法であるが、イオンプレーティング法とリフトオフ法を組み合わせることによって、フォトリソグラフィー法を用いることなく配線層を直接形成する方法(イオンプリンティング)は、少なくとも半導体チップのWLPにおいては提案された例がない。その理由として、WLPにおいて膜厚の薄い配線層を形成する方法としては、フォトリソグラフィー法と蒸着やスパッタリングなどの非イオンスピーシーズによる物理被着を用いた方法が確立しており、WLPにおいて膜厚の厚い配線層を形成する方法としては、フォトリソグラフィー法とメッキ法を用いた方法が確立しているためであると考えられる。しかしながら、本発明者らの研究によれば、上記の方法、すなわちイオンプリンティングで回路基板上に配線層を形成する方が、フォトリソグラフィー法を用いた現在のプロセスよりも製造コストが低くなるばかりでなく、形成された配線層の特性も良好となることを見いだした。次に、その特徴を備えた配線層に対するボンディングワイヤの技術を適用し、複数のチップ間の接続を実施することにより製造コストが更に低下することを見出した。   As a result of intensive studies on an inexpensive method for forming an external terminal electrode on a circuit board, the present inventors have found that at least one of the above problems can be solved. First, if a method of ion plating a metal material on a circuit board through a metal mask and then peeling (lifting off) the metal mask is used, it is possible to connect to an external terminal electrode without using a photolithography process. It was found that a wiring layer can be formed. The ion plating method itself is a well-known metal film forming method, but by combining the ion plating method and the lift-off method, a method of directly forming a wiring layer without using a photolithography method (ion printing) There is no proposed example at least in WLP of semiconductor chips. The reason for this is that, as a method for forming a thin wiring layer in WLP, a photolithography method and a method using physical deposition by non-ion species such as vapor deposition and sputtering have been established. This is probably because a method using a photolithography method and a plating method has been established as a method for forming a thick wiring layer. However, according to the studies by the present inventors, the above-described method, that is, forming a wiring layer on a circuit board by ion printing is not only lower in manufacturing cost than the current process using a photolithography method. It was also found that the characteristics of the formed wiring layer are good. Next, it has been found that the manufacturing cost is further reduced by applying the bonding wire technique to the wiring layer having the characteristics and connecting the plurality of chips.

本発明は、このような技術的知見に基づきなされたものであって、本発明による回路基板とその回路基板を含む半導体装置の製造方法は、内部端子電極を有する第1の基板に、前記内部端子電極と前記第1の基板の外部とを電気的に接続する配線を形成する回路基板、及びその回路基板を含む半導体装置の製造方法であって、前記回路基板の製造工程は、前記内部端子電極を含む前記第1の基板の表面の一部が露出するような開口部を有し、陰極側に接続される金属性のメタルマスクを前記基板に被せるマスク工程と、前記第1の基板に所定の電位を与え、前記所定の電位と異なる電位にイオン化された被着金属に、0.01eVから250eVの被着エネルギを与えることによって、前記基板の表面の一部及び前記メタルマスク上に、イオンプレーティング法により正の電荷を有するイオンの粒子から金属性の導体を形成する成膜工程と、前記メタルマスクを剥離することによって、前記基板の表面の一部に形成された前記内部端子電極と電気的に接続する金属性の導体からなる前記配線の配線層を残存させるリフトオフ工程と、を備え、前記半導体装置の製造工程は、内部端子電極を有する第2の基板を、前記回路基板の前記配線の側の面に積層する第1の積層工程と、前記第2の基板の内部端子電極と前記回路基板上の前記配線とを接続する第1の接続工程と、を備えることを特徴とする。   The present invention has been made on the basis of such technical knowledge, and a circuit board according to the present invention and a method of manufacturing a semiconductor device including the circuit board are provided on a first substrate having an internal terminal electrode. A circuit board for forming a wiring for electrically connecting a terminal electrode and the outside of the first substrate, and a manufacturing method of a semiconductor device including the circuit board, wherein the manufacturing process of the circuit board includes the internal terminal A mask step of covering the substrate with a metallic metal mask having an opening that exposes a part of the surface of the first substrate including the electrode and connected to the cathode side; and By applying a predetermined potential and applying a deposition energy of 0.01 eV to 250 eV to a deposition metal ionized to a potential different from the predetermined potential, a part of the surface of the substrate and the metal mask are provided. Io A film forming step of forming a metallic conductor from particles of positively charged ions by a plating method; and the internal terminal electrode formed on a part of the surface of the substrate by peeling the metal mask A lift-off process for leaving a wiring layer of the wiring made of a metallic conductor to be electrically connected, and the manufacturing process of the semiconductor device includes a second substrate having an internal terminal electrode, A first laminating step of laminating on a surface on the wiring side; and a first connecting step of connecting the internal terminal electrode of the second substrate and the wiring on the circuit board. .

また、本発明の一側面による半導体装置は、第1の電子回路が主面に描画され、前記その第1の電子回路がそれぞれ前記第1の電子回路の外部と通信する第1と第2の内部端子電極を有する第1の基板と、第2の電子回路が主面に描画され、前記その第2の電子回路がそれぞれ前記第2の電子回路の外部と通信する第3と第4の内部端子電極を有し、前記第1の基板に積層された第2の基板と、前記第1の基板の表面の一部に形成され、それぞれが第1及びと第2のノードを有する配線層である第1及びと第2の配線を含む配線層と、前記第3及びと第4の内部端子電極と、それぞれ対応する前記第1及びと第2の配線の第1のノードとを接続する第1と第2のボンディングワイヤと、を備え、前記第1と第2のボンディングワイヤは、それら断面が円状であり、前記配線層は、前記第1の基板の表面に垂直な方向から見たエッジ部を含み、前記第1の基板と接する前記エッジ部における前記配線層の前記第1の基板の表面と垂直な断面の角度が55°以下である、ことを特徴とする。   In the semiconductor device according to one aspect of the present invention, the first electronic circuit is drawn on the main surface, and the first electronic circuit communicates with the outside of the first electronic circuit, respectively. A first substrate having an internal terminal electrode and a second electronic circuit are drawn on the main surface, and the second electronic circuit communicates with the outside of the second electronic circuit, respectively. A wiring layer having a terminal electrode, formed on a part of the surface of the first substrate, a second substrate stacked on the first substrate, and each having a first node and a second node; A first wiring layer connecting a wiring layer including a first wiring and a second wiring, the third and fourth internal terminal electrodes, and a first node of the corresponding first and second wirings, respectively. 1 and a second bonding wire, the first and second bonding wires being The cross-section is circular, and the wiring layer includes an edge portion viewed from a direction perpendicular to the surface of the first substrate, and the first wiring layer at the edge portion in contact with the first substrate is the first wiring layer. The angle of the cross section perpendicular to the surface of the substrate is 55 ° or less.

本発明の好ましい実施形態においては、複数の半導体回路を形成した前工程完成ウエハ(基板)1の取り出し電極部(内部端子電極)2上とそれに繋がる面に金属を、メタルマスクを通してパターン被着して再配線パターンとなし、異なるチップをウェハ上に積層し、異なるチップが有する取り出し電極部と再配線パターンとをボンディングワイヤで接続し、ダイシングにより基本回路チップとなす構造を特徴とするウエハレベルパッケージの半導体装置であり、前記金属のパターン被着をイオンプレーティング法により形成したその金属膜の結晶状態が柱状結晶あるいは多結晶であることを特徴とする。   In a preferred embodiment of the present invention, a metal is patterned on the extraction electrode part (internal terminal electrode) 2 of a preprocess completed wafer (substrate) 1 on which a plurality of semiconductor circuits are formed and a surface connected thereto through a metal mask. A wafer level package characterized by a structure in which different chips are stacked on the wafer, the lead-out electrode portions of the different chips and the rewiring pattern are connected by bonding wires, and a basic circuit chip is formed by dicing. In this semiconductor device, the metal film formed by ion plating is formed in a columnar crystal or a polycrystal.

金属のパターン被着は、イオンプレーティングのイオン化に高周波高電界によるプラズマ(被着対象イオンエネルギ0.1から1000eV)又は熱電子を利用し、イオン化した被着金属の被着エネルギの主要部分を25±10eV、分布を0.01eVから250eV(5%以下切捨て)の範囲に実質的に押さえることが好ましい。前記金属は、アルミを主成分とする材料が好ましい。   Metal pattern deposition uses a high-frequency high electric field plasma (ion energy to be deposited 0.1 to 1000 eV) or thermal electrons to ionize the ion plating, and the main part of the deposition energy of the ionized deposition metal. It is preferable to substantially suppress the distribution to 25 ± 10 eV and the range of 0.01 eV to 250 eV (5% or less rounded down). The metal is preferably a material mainly composed of aluminum.

本発明の一つの効果によれば、メタルマスクを用いたイオンプレーティング法とリフトオフ法の組み合わせ(イオンプリンティング)によって基板上に配線層を直接形成していることから、フォトリソグラフィー工程を用いる必要がなくなる。更に、その配線層(再配線)と、回路基板上に積層されるチップの内部端子電極または回路基板を搭載する絶縁基板上の配線との接続をボンディングワイヤで実施することにより、特にWLPにおける製造コストを大幅に低減することが可能となる。   According to one effect of the present invention, since the wiring layer is directly formed on the substrate by a combination of the ion plating method using a metal mask and the lift-off method (ion printing), it is necessary to use a photolithography process. Disappear. Furthermore, the connection between the wiring layer (rewiring) and the internal terminal electrode of the chip laminated on the circuit board or the wiring on the insulating board on which the circuit board is mounted is carried out by bonding wires, so that manufacturing in WLP in particular. Costs can be greatly reduced.

しかも、イオンプリンティングによって形成される配線層のエッジ部は、角度が55°以下となることから、エッジ部における応力が緩和され、配線層と保護絶縁膜との密着性も向上することから、パッケージの信頼性が高められる。さらに、配線層が柱状結晶の集合体によって構成されることから、被着歪みが少なくなり、基板と配線層との密着性が高められる。   In addition, since the edge portion of the wiring layer formed by ion printing has an angle of 55 ° or less, the stress at the edge portion is relaxed, and the adhesion between the wiring layer and the protective insulating film is also improved. Reliability is improved. Furthermore, since the wiring layer is composed of aggregates of columnar crystals, deposition strain is reduced, and adhesion between the substrate and the wiring layer is improved.

これにより、信頼性の高い回路基板を低コストで供給することが可能となる。   This makes it possible to supply a highly reliable circuit board at a low cost.

本発明の好ましい実施形態による回路基板(シリコンウエハ)の構造を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the circuit board (silicon wafer) by preferable embodiment of this invention. シリコンウエハ10の主要部を拡大して示す断面図である。1 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a silicon wafer 10. FIG. (a)は配線層21の平面形状の一例を示す平面図であり、(b)は配線層22の平面形状の一例を示す平面図である。(A) is a plan view showing an example of the planar shape of the wiring layer 21, and (b) is a plan view showing an example of the planar shape of the wiring layer 22. 図3(b)に示す直線Bに沿った拡大断面図である。It is an expanded sectional view along the straight line B shown in FIG.3 (b). 縁部22aの幅を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the width | variety of the edge part 22a. 図3(a)に示す直線Cに沿った拡大断面図である。It is an expanded sectional view along the straight line C shown to Fig.3 (a). シリコンウエハ10の製造方法を説明するための工程図である。5 is a process diagram for explaining a method for manufacturing the silicon wafer 10. FIG. シリコンウエハ10の製造方法を説明するための工程図である。5 is a process diagram for explaining a method for manufacturing the silicon wafer 10. FIG. 側面21sが基板に対して斜めとなる原理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the principle which the side surface 21s becomes diagonal with respect to a board | substrate. アディティブ法を用いて形成された配線層21の形状を説明するための関連図である。It is a related figure for demonstrating the shape of the wiring layer 21 formed using the additive method. サブトラクティブ法を用いて形成された配線層21の形状を説明するための関連図である。It is a related figure for demonstrating the shape of the wiring layer 21 formed using the subtractive method. アディティブ法を用いて形成された配線層22の形状を説明するための関連図である。It is a related figure for demonstrating the shape of the wiring layer 22 formed using the additive method. サブトラクティブ法を用いて形成された配線層22の形状を説明するための関連図である。It is a related figure for demonstrating the shape of the wiring layer 22 formed using the subtractive method. イオンプレーティング法によって形成されたCuの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of Cu formed by the ion plating method. 柱状の塊30の集合体が成長するメカニズムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mechanism in which the aggregate | assembly of the columnar lump 30 grows. イオンプレーティング法によって形成されたCu膜のX線回折測定の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the X-ray-diffraction measurement of Cu film | membrane formed by the ion plating method. 本発明の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of this invention. 本発明の変形例を示す別の図である。It is another figure which shows the modification of this invention. 本発明に係わる半導体装置の例を示す上面から見た図である。It is the figure seen from the upper surface which shows the example of the semiconductor device concerning this invention. 本発明に係わる半導体装置及び電子システムに含まれるCPUとNANDフラッシュメモリ並びにNANDフラッシュメモリお制御するコントローラの接続例を示す図である。It is a figure which shows the example of a connection of the controller which controls CPU, NAND flash memory, and NAND flash memory which are contained in the semiconductor device and electronic system concerning this invention. 本発明に係わる半導体装置及び電子システムに含まれる第1のチップと第2のチップに係る第1の断面構造を示す図である。It is a figure which shows the 1st cross-section concerning the 1st chip | tip and 2nd chip | tip contained in the semiconductor device and electronic system concerning this invention. 本発明に係わる半導体装置及び電子システムに含まれる第1のチップと第2のチップに係る第2の断面構造を示す図である。It is a figure which shows the 2nd cross-sectional structure which concerns on the 1st chip | tip and 2nd chip | tip contained in the semiconductor device and electronic system concerning this invention. 本発明に係わる半導体装置及び電子システムに含まれる第1のチップと第2のチップに係る第3の断面構造を示す図である。It is a figure which shows the 3rd cross-section which concerns on the 1st chip | tip and 2nd chip | tip contained in the semiconductor device and electronic system concerning this invention. 本発明に係わる第1のチップ上の再配線を示す上面から見た図である。It is the figure seen from the upper surface which shows the rewiring on the 1st chip | tip concerning this invention. 本発明に係わる複数の第1のチップで構成する第1のウェハ上の再配線を示す上面から見た図である。It is the figure seen from the upper surface which shows the rewiring on the 1st wafer comprised with the some 1st chip | tip concerning this invention. 本発明に係わる第3のチップ上の再配線を示す上面から見た図である。It is the figure seen from the upper surface which shows the rewiring on the 3rd chip | tip concerning this invention. 本発明に係わる第4のチップ上の再配線を示す上面から見た図である。It is the figure seen from the upper surface which shows the rewiring on the 4th chip | tip concerning this invention. 本発明の第1の製造方法に係わる複数の第3のチップで構成する第2のウェハ上の再配線上に第5のチップを積層した構成を示す上面から見た図である。It is the figure seen from the upper surface which shows the structure which laminated | stacked the 5th chip | tip on the rewiring on the 2nd wafer comprised with the some 3rd chip | tip concerning the 1st manufacturing method of this invention. 図28に係わる第3と第5のチップ間にボンディングワイヤを敷設した構成を示す上面から見た図である。It is the figure seen from the upper surface which shows the structure which laid the bonding wire between the 3rd and 5th chip | tip concerning FIG. 図29に係わるボンディングワイヤの領域の保護絶縁膜を示す上面から見た図である。It is the figure seen from the upper surface which shows the protective insulating film of the area | region of the bonding wire concerning FIG. 図30に係わる積層された第1乃至第5のチップを示す上面から見た図である。It is the figure seen from the upper surface which shows the 1st thru | or 5th chip | tip laminated | stacked concerning FIG. 絶縁基板50の上に積層された第1乃至第5のチップと絶縁基板上の配線51とのボンディングワイヤを示す上面から見た図である。FIG. 3 is a view from above showing bonding wires between first to fifth chips stacked on an insulating substrate 50 and wirings 51 on the insulating substrate. 絶縁基板50の上に配置された第1乃至第7のチップの領域の保護膜を示す上面から見た図である。FIG. 6 is a view from above showing a protective film in regions of first to seventh chips arranged on an insulating substrate 50. 本発明の第2の製造方法に係わる複数の第1乃至第5のチップを積層した構成を示す上面から見た図である。It is the figure seen from the upper surface which shows the structure which laminated | stacked several 1st thru | or 5th chip | tip concerning the 2nd manufacturing method of this invention. 本発明の第2の製造方法に係わる半導体装置を示す上面から見た図である。It is the figure seen from the upper surface which shows the semiconductor device concerning the 2nd manufacturing method of this invention. 本発明の第3の製造方法に係わる積層された第1乃至第5のチップを示す上面から見た図である。It is the figure seen from the upper surface which shows the 1st thru | or 5th chip | tip laminated | stacked concerning the 3rd manufacturing method of this invention. 本発明に係わる半導体装置と電子システムの例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of the semiconductor device concerning this invention, and an electronic system. 本発明に係わる半導体装置と電子システムの製造フローを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacture flow of the semiconductor device concerning this invention, and an electronic system. 図34に係わる半導体装置と電子システムの製造フローを示す断面図である。FIG. 35 is a cross-sectional view showing a manufacturing flow of the semiconductor device and the electronic system according to FIG. 34. 図36に係わる半導体装置と電子システムの製造フローを示す断面図である。FIG. 37 is a cross-sectional view showing a manufacturing flow of the semiconductor device and the electronic system according to FIG. 36. チップ間における一部の電気的接続をフリップチップ接続により行う例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example which performs a part electrical connection between chips | tips by flip chip connection. 積層されていない複数のチップ間における接続を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the connection between the several chip | tips which are not laminated | stacked. 本実施形態のイオンプレーティング時における被着金属イオンのエネルギの分布を示すグラフである。It is a graph which shows energy distribution of the metal ion to be deposited at the time of ion plating of this embodiment. 図43を対数表示したグラフである。It is the graph which displayed FIG. 43 logarithmically. 一般的なイオンプレーティングおよび本実施形態におけるイオンプレーティングの被着エネルギの分布を比較するグラフである。It is a graph which compares the distribution of the deposition energy of a general ion plating and the ion plating in this embodiment. 図45を対数表示したグラフである。It is the graph which displayed FIG. 45 logarithmically. イオンプレーティング時の被着金属(Cu)の被着エネルギと、成膜されたCu結晶の構造との関係を示す実験結果である。It is an experimental result which shows the relationship between the deposition energy of the deposition metal (Cu) at the time of ion plating, and the structure of the formed Cu crystal. 図5および図6にて説明した、配線層の断面形状を例示する実験結果である。7 is an experimental result illustrating the cross-sectional shape of the wiring layer described with reference to FIGS. 5 and 6.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。尚、図1乃至図18までは、回路基板の構造と製造方法について説明したものであり、図19乃至図42までは、その回路基板に関連した半導体装置及び電子システムの構造と製造方法を説明したものである。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 to 18 describe the structure and manufacturing method of the circuit board, and FIGS. 19 to 42 explain the structure and manufacturing method of the semiconductor device and electronic system related to the circuit board. It is a thing.

図1は、本発明の好ましい実施形態による回路基板(シリコンウエハを含む)の構造を示す模式的な断面図(第3の方向(Z))である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view (third direction (Z)) showing the structure of a circuit board (including a silicon wafer) according to a preferred embodiment of the present invention.

図1に示すように、本実施形態によるシリコンウエハ10は、ウエハ本体である基板1と、基板1の表面に形成されたチップ取り出し電極(内部端子電極)2と、チップ取り出し電極2に電気的に接続された半田ボール(外部端子電極)9とを備えている。基板1は、その後個片化される複数の半導体チップからなる集合基板である。これら半導体チップに形成されている回路は互いに同一である。   As shown in FIG. 1, the silicon wafer 10 according to the present embodiment is electrically connected to a substrate 1 as a wafer body, a chip extraction electrode (internal terminal electrode) 2 formed on the surface of the substrate 1, and a chip extraction electrode 2. And solder balls (external terminal electrodes) 9 connected to each other. The substrate 1 is a collective substrate composed of a plurality of semiconductor chips that are then separated. The circuits formed on these semiconductor chips are the same.

基板1の表面は、チップ取り出し電極2が設けられた領域以外のほぼ全面が絶縁性のパッシベーション膜3(第2の絶縁膜)で覆われている。特に限定されるものではないが、チップ取り出し電極2は一般的にAlからなり、パッシベーション膜3は一般的に厚さ5μm程度のポリイミドからなる。チップ取り出し電極2には、後述する配線層と接する表面にメッキ(例えばNi+Au)があらかじめ施されていても構わない。尚、本明細書においては、「基板1」と言うときには、チップ取り出し電極2及びパッシベーション膜3を含むことがある。したがって、「基板1の表面」とは、チップ取り出し電極2の表面や、パッシベーション膜3の表面も指すことがある。   The surface of the substrate 1 is almost entirely covered with an insulating passivation film 3 (second insulating film) other than the region where the chip extraction electrode 2 is provided. Although not particularly limited, the chip extraction electrode 2 is generally made of Al, and the passivation film 3 is generally made of polyimide having a thickness of about 5 μm. The chip extraction electrode 2 may be plated (for example, Ni + Au) in advance on the surface in contact with the wiring layer described later. In this specification, the term “substrate 1” may include the chip extraction electrode 2 and the passivation film 3. Therefore, the “surface of the substrate 1” may also refer to the surface of the chip extraction electrode 2 and the surface of the passivation film 3.

これら基板1、チップ取り出し電極2及びパッシベーション膜3からなる部分は、いわゆる前工程(拡散工程)にて作製される部分である。前工程においては、ステッパーなどを用いた極めて高精度なフォトリソグラフィー法によって、極微細な内部配線などが基板上に形成される。これら内部配線の端子となる部分がチップ取り出し電極2である。本実施形態によるシリコンウエハ10は、その表面にウエハレベルで加工を施すことにより、図1に示す配線層21,22及び半田ボール9などを形成するものである。図1に示す破線Aはスクライブラインであり、シリコンウエハ10に対するウエハレベルでの加工(WLP工程)が完了した後、スクライブラインに沿ってシリコンウエハ10をダイシングすることにより、個々の半導体チップに個片化される。   The portion composed of the substrate 1, the chip extraction electrode 2, and the passivation film 3 is a portion manufactured in a so-called pre-process (diffusion process). In the pre-process, extremely fine internal wiring and the like are formed on the substrate by an extremely high-precision photolithography method using a stepper or the like. A portion serving as a terminal of these internal wirings is a chip extraction electrode 2. The silicon wafer 10 according to this embodiment forms the wiring layers 21 and 22 and the solder balls 9 shown in FIG. 1 by processing the surface thereof at the wafer level. A broken line A shown in FIG. 1 is a scribe line. After the processing (WLP process) at the wafer level for the silicon wafer 10 is completed, the silicon wafer 10 is diced along the scribe line, so that individual semiconductor chips are separated. It is separated.

図2は、シリコンウエハ10の主要部を拡大して示す断面図である。図2においては、半田ボール9が形成された面を下側にして示している。   FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the main part of the silicon wafer 10. In FIG. 2, the surface on which the solder balls 9 are formed is shown on the lower side.

図2に示すように、基板1の表面には、チップ取り出し電極2とパッシベーション膜3が設けられている。上述の通り、パッシベーション膜3は、基板1の表面のうちチップ取り出し電極2が設けられた領域以外のほぼ全面を覆っている。取り出し電極2は、バリア金属配線4及び銅配線5が積層されてなる第1の配線層21に接続されている。特に限定されるものではないが、バリア金属配線4の厚みとしては0.3μm程度、銅配線5の厚みとしては5μm程度とすればよい。   As shown in FIG. 2, a chip extraction electrode 2 and a passivation film 3 are provided on the surface of the substrate 1. As described above, the passivation film 3 covers almost the entire surface of the substrate 1 other than the region where the chip extraction electrode 2 is provided. The extraction electrode 2 is connected to a first wiring layer 21 in which a barrier metal wiring 4 and a copper wiring 5 are laminated. Although not particularly limited, the thickness of the barrier metal wiring 4 may be about 0.3 μm, and the thickness of the copper wiring 5 may be about 5 μm.

第1の配線層21は、チップ取り出し電極2を覆う第1の端部21aと、第2の端部21bと、基板1の表面に沿って延在し端部21aと端部21bとを接続する再配線部21cとを有している。配線層21の平面形状(それは第1の方向(X)及び第2の方向(Y)で示される)の一例は図3(a)に示されており、特に限定されるものではないが、端部21a,21bの径よりも再配線部21cの幅が細く設計される。また、端部21aは、チップ取り出し電極2の全面を覆うよう、チップ取り出し電極2の径よりもやや大きく設計される。配線層21の上面のうち、配線層22によって覆われる部分以外は、全て保護絶縁膜8によって覆われる。本明細書においては、配線層21,22の上面のうち、保護絶縁膜8によって覆われていない部分を「第1の部分」と呼び、保護絶縁膜8によって覆われた部分を「第2の部分」と呼ぶことがある。したがって、配線層21は第1の部分を有していない。   The first wiring layer 21 extends along the surface of the substrate 1 and connects the end 21a and the end 21b with the first end 21a, the second end 21b, which covers the chip extraction electrode 2. And a rewiring portion 21c. An example of the planar shape of the wiring layer 21 (which is indicated by the first direction (X) and the second direction (Y)) is shown in FIG. 3A and is not particularly limited. The width of the rewiring portion 21c is designed to be narrower than the diameters of the end portions 21a and 21b. Further, the end 21 a is designed to be slightly larger than the diameter of the chip extraction electrode 2 so as to cover the entire surface of the chip extraction electrode 2. All of the upper surface of the wiring layer 21 except the portion covered with the wiring layer 22 is covered with the protective insulating film 8. In the present specification, a portion of the upper surface of the wiring layers 21 and 22 that is not covered with the protective insulating film 8 is referred to as a “first portion”, and a portion covered with the protective insulating film 8 is referred to as a “second portion”. Sometimes called “part”. Therefore, the wiring layer 21 does not have the first portion.

さらに、図2に示すように、配線層21の端部21bには、バリア金属配線6及び銅配線7が積層されてなる第2の配線層22に接続されている。特に限定されるものではないが、バリア金属配線6の厚みとしては0.3μm程度、銅配線7の厚みとしては10μm程度とすればよい。第2の配線層22は、半田ボール9の下地となるポスト電極として機能する配線層であり、基板1の表面に対して垂直に設けられている。換言すれば、再配線部21cのように基板1の表面に沿って延在する部分を有していない。配線層22の平面形状の一例は図3(b)に示されており、配線層21の端部21bよりも僅かに小さい径を有している。一方、図3(b)に示すように、配線層22は、半田ボール9の底面9aを全て覆うよう、半田ボール9の底面9aよりもやや大きく設計される。これらは、後述する図5を用いた説明にて詳細に理解できる。特に限定されるものではないが、半田ボール9の径が500μm程度であれば、配線層22の径は400μm程度とすればよい。   Further, as shown in FIG. 2, the end portion 21 b of the wiring layer 21 is connected to the second wiring layer 22 in which the barrier metal wiring 6 and the copper wiring 7 are laminated. Although not particularly limited, the thickness of the barrier metal wiring 6 may be about 0.3 μm, and the thickness of the copper wiring 7 may be about 10 μm. The second wiring layer 22 is a wiring layer that functions as a post electrode serving as a base of the solder ball 9, and is provided perpendicular to the surface of the substrate 1. In other words, it does not have a portion extending along the surface of the substrate 1 like the rewiring portion 21c. An example of the planar shape of the wiring layer 22 is shown in FIG. 3B, and has a diameter slightly smaller than the end portion 21 b of the wiring layer 21. On the other hand, as shown in FIG. 3B, the wiring layer 22 is designed to be slightly larger than the bottom surface 9 a of the solder ball 9 so as to cover the entire bottom surface 9 a of the solder ball 9. These can be understood in detail in the description using FIG. 5 described later. Although not particularly limited, if the diameter of the solder ball 9 is about 500 μm, the diameter of the wiring layer 22 may be about 400 μm.

バリア金属配線4,6としては、Ti、Cr、Ta又はPdからなる単層膜、或いは、TiとNiの積層膜などを用いることができる。本発明においてバリア金属配線4,6を設けることは必須でないが、一般に、パッシベーション膜3の表面に銅配線5を直接形成すると両者の密着性が不足し、一旦大気中に曝された銅配線5の表面に銅配線7を直接形成すると両者の密着性が不足するため、これらを設けることが好ましい。但し、本発明においては銅配線5,7をイオンプレーティング法によって形成するため、被着エネルギを制御することによって密着性や被着応力を調整することが可能である。したがって、本発明においては、従来のWLPに比べると、バリア金属配線4,6を設ける必然性は低い。   As the barrier metal wirings 4 and 6, a single layer film made of Ti, Cr, Ta, or Pd, or a laminated film of Ti and Ni can be used. Although it is not essential to provide the barrier metal wirings 4 and 6 in the present invention, in general, when the copper wiring 5 is directly formed on the surface of the passivation film 3, the adhesiveness between the two is insufficient, and the copper wiring 5 once exposed to the atmosphere. If the copper wiring 7 is directly formed on the surface, the adhesion between the two is insufficient, and it is preferable to provide these. However, since the copper wirings 5 and 7 are formed by the ion plating method in the present invention, it is possible to adjust the adhesion and the deposition stress by controlling the deposition energy. Therefore, in the present invention, it is less necessary to provide the barrier metal wirings 4 and 6 than the conventional WLP.

図2に示すように、基板1の表面のうち半田ボール9が形成される領域を除く全面は、保護絶縁膜8で覆われている。保護絶縁膜8の材料については特に限定されないが、液状の有機絶縁材料をキュアなどで固化した材料を用いることが好ましい。   As shown in FIG. 2, the entire surface of the surface of the substrate 1 excluding the region where the solder balls 9 are formed is covered with a protective insulating film 8. The material of the protective insulating film 8 is not particularly limited, but it is preferable to use a material obtained by solidifying a liquid organic insulating material with a cure or the like.

かかる構造により、配線層21の表面のうち、配線層22によって覆われる部分以外は全て保護絶縁膜8によって覆われることになる。同様に、配線層22の表面のうち、半田ボール9の底面9aによって覆われる部分(第1の部分)以外は全て保護絶縁膜8によって覆われることになる(第2の部分)。図3(b)に示すように、配線層22の表面のうち、半田ボール9の底面9aによって覆われる部分は配線層22の中央部であることから、配線層22の表面のうち外周に沿った縁部22aは保護絶縁膜8によって覆われることになる。この様子は、図3(b)に示す直線Bに沿った拡大断面図である図4にも示されており、配線層22の縁部22aの表面が保護絶縁膜8で覆われていることが分かる。   With this structure, all of the surface of the wiring layer 21 other than the portion covered with the wiring layer 22 is covered with the protective insulating film 8. Similarly, all of the surface of the wiring layer 22 other than the portion (first portion) covered by the bottom surface 9a of the solder ball 9 is covered by the protective insulating film 8 (second portion). As shown in FIG. 3B, the portion of the surface of the wiring layer 22 that is covered with the bottom surface 9 a of the solder ball 9 is the central portion of the wiring layer 22. The edge 22 a is covered with the protective insulating film 8. This state is also shown in FIG. 4 which is an enlarged cross-sectional view along the straight line B shown in FIG. 3B, and the surface of the edge 22 a of the wiring layer 22 is covered with the protective insulating film 8. I understand.

かかる構造により、保護絶縁膜8によって配線層22のエッジを含む縁部22aが保護されるため、剥離の発生などを防止することができる。エッジとは、基板1の表面に垂直な方向から見た端部を指す。また、配線層22の縁部22aが保護絶縁膜8によって覆われることにより、配線層22の脱落などが生じなくなる。これらにより、パッケージの信頼性を高めることが可能となる。   With this structure, since the edge 22a including the edge of the wiring layer 22 is protected by the protective insulating film 8, it is possible to prevent the occurrence of peeling. An edge refers to an end portion viewed from a direction perpendicular to the surface of the substrate 1. Further, since the edge 22a of the wiring layer 22 is covered with the protective insulating film 8, the wiring layer 22 is not dropped off. As a result, the reliability of the package can be improved.

ここで、配線層22の縁部22aの幅L(図3(b)参照)、つまり、保護絶縁膜8で覆われる幅については、特に限定されるものではないが、1μm以上に設定することが好ましい。これは、縁部22aの幅Lが1μm未満であると上記の効果が十分に得られないおそれがあるからである。縁部22aの幅Lの上限については特に限定されないが、30μm以下とすることが好ましい。これは、縁部22aの幅Lを30μm超としても、上記の効果はそれ以上向上しない反面、半田ボール9との接触面積が必要以上に小さくなるからである。半田ボール9との接触面積を十分に確保しつつ、上記の効果を十分に得るためには、縁部22aの幅Lを15μm程度とすることが好ましい。尚、縁部22aの幅Lとは、図5に示すように、配線層22の側面22sの平均的接線D1と配線層22の上面22uに沿った仮想線D2との交点Pから、保護絶縁膜8の端部8aまでの距離によって定義される。また、図5に示すように、保護絶縁膜8の基板1からの高さは、配線層22の上面22uの基板1からの高さよりも高い。図5に示すように、配線層22の側面22sは垂直ではなく斜めである。この点は配線層21についても同様であり、以下、配線層21を例にその断面構造について説明する。   Here, the width L of the edge 22a of the wiring layer 22 (see FIG. 3B), that is, the width covered with the protective insulating film 8 is not particularly limited, but is set to 1 μm or more. Is preferred. This is because if the width L of the edge portion 22a is less than 1 μm, the above effects may not be sufficiently obtained. The upper limit of the width L of the edge 22a is not particularly limited, but is preferably 30 μm or less. This is because, even if the width L of the edge 22a exceeds 30 μm, the above effect is not further improved, but the contact area with the solder ball 9 becomes smaller than necessary. In order to sufficiently obtain the above effect while ensuring a sufficient contact area with the solder ball 9, it is preferable to set the width L of the edge 22a to about 15 μm. As shown in FIG. 5, the width L of the edge portion 22a refers to the protective insulation from the intersection P between the average tangent line D1 of the side surface 22s of the wiring layer 22 and the virtual line D2 along the upper surface 22u of the wiring layer 22. Defined by the distance to the end 8a of the membrane 8. Further, as shown in FIG. 5, the height of the protective insulating film 8 from the substrate 1 is higher than the height of the upper surface 22 u of the wiring layer 22 from the substrate 1. As shown in FIG. 5, the side surface 22s of the wiring layer 22 is not vertical but is slanted. The same applies to the wiring layer 21, and the cross-sectional structure of the wiring layer 21 will be described below as an example.

図6は、図3(a)に示す直線Cに沿った拡大断面図である。   FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view along the straight line C shown in FIG.

図6に示すように、配線層21の断面形状は、上面21uが基板1の表面に対してほぼ平行であるのに対し、側面21sは基板1の表面に対して斜めの角度を有している。つまり、配線層21のエッジ部21eが鋭角とされている。その角度θは55°以下であり、好ましくは20°以上40°以下であり、特に好ましくは25°以上35°以下である。本実施形態では配線層21のエッジ部21eがこのような角度を有しているため、エッジ部21eにおける応力が緩和される。しかも、配線層21と保護絶縁膜8との接触面積が増大することから、両者の密着性も向上する。さらに、エッジ部21eが保護絶縁膜8によって上方から覆われるため、配線層21とパッシベーション膜3との密着性も向上する。これらにより、パッケージの信頼性を高めることが可能となる。図5に示したように、上記の角度θを有するエッジ部21eは保護絶縁膜8によって覆われていることから、第1の部分(保護絶縁膜8によって覆われていない部分)とは、配線層21,22の表面のパターン形状から、角度θを有するエッジ部を構成する部分を除く内包領域となる。尚、図5に示したように、配線層21の側面21sは、その断面が必ずしも直線的ではなく、角度が徐々に変化する曲線である場合がある。このような場合における角度θとは、図5に示すエッジ部21e,22eにおける角度によって定義される。エッジ部21eは配線層21がパッシベーション膜3と接する起点であり、エッジ部22eは配線層22が配線層21と接する起点である。   As shown in FIG. 6, the cross-sectional shape of the wiring layer 21 is such that the upper surface 21 u is substantially parallel to the surface of the substrate 1, while the side surface 21 s has an oblique angle with respect to the surface of the substrate 1. Yes. That is, the edge portion 21e of the wiring layer 21 has an acute angle. The angle θ is 55 ° or less, preferably 20 ° or more and 40 ° or less, and particularly preferably 25 ° or more and 35 ° or less. In this embodiment, since the edge part 21e of the wiring layer 21 has such an angle, the stress in the edge part 21e is relieved. In addition, since the contact area between the wiring layer 21 and the protective insulating film 8 is increased, the adhesion between them is also improved. Furthermore, since the edge portion 21e is covered with the protective insulating film 8 from above, the adhesion between the wiring layer 21 and the passivation film 3 is also improved. As a result, the reliability of the package can be improved. As shown in FIG. 5, since the edge portion 21e having the angle θ is covered with the protective insulating film 8, the first portion (the portion not covered with the protective insulating film 8) is a wiring. This is an inclusion region excluding a portion constituting an edge portion having an angle θ from the pattern shape of the surface of the layers 21 and 22. As shown in FIG. 5, the side surface 21 s of the wiring layer 21 may not be a straight section, but may be a curve whose angle gradually changes. The angle θ in such a case is defined by the angles at the edge portions 21e and 22e shown in FIG. The edge portion 21 e is a starting point where the wiring layer 21 is in contact with the passivation film 3, and the edge portion 22 e is a starting point where the wiring layer 22 is in contact with the wiring layer 21.

次に、本実施形態によるシリコンウエハ10の製造方法について説明する。   Next, the method for manufacturing the silicon wafer 10 according to the present embodiment will be described.

図7〜図8は、本実施形態によるシリコンウエハ10の製造方法を説明するための工程図である。   7 to 8 are process diagrams for explaining the method for manufacturing the silicon wafer 10 according to the present embodiment.

まず、前工程(拡散工程)が完了した基板1を用意し、図7(a)に示すように、その表面をメタルマスク100で覆う(マスク工程)。メタルマスク100(第1のメタルマスク)には配線層21の平面形状に対応する複数の開口部101が設けられており、基板1の表面のうち、配線層21を形成すべき領域が開口部101を介して露出するよう、メタルマスク100を被せる。配線層21を形成すべき領域とは、図7(a)に示すようにチップ取り出し電極2を含む領域である。メタルマスク100は、フィックスチャーを用いて位置合わせした後、基板1に密着させ、イオンプレーティング装置の陰極側に接続される。メタルマスク100は、温度や被着金属によるひずみによるそりが出ないよう、フィックスチャーの固定部で周辺に多少の張力がかかるように固定される。   First, the substrate 1 in which the previous process (diffusion process) is completed is prepared, and the surface thereof is covered with a metal mask 100 as shown in FIG. 7A (mask process). The metal mask 100 (first metal mask) is provided with a plurality of openings 101 corresponding to the planar shape of the wiring layer 21, and a region in the surface of the substrate 1 where the wiring layer 21 is to be formed is an opening. A metal mask 100 is placed so as to be exposed through 101. The region where the wiring layer 21 is to be formed is a region including the chip extraction electrode 2 as shown in FIG. The metal mask 100 is aligned using a fixture and then brought into close contact with the substrate 1 and connected to the cathode side of the ion plating apparatus. The metal mask 100 is fixed so that some tension is applied to the periphery at the fixing portion of the fixture so that warpage due to temperature and distortion due to the deposited metal does not occur.

メタルマスク100の材料については特に限定されないが、金属性であり、好ましくはステンレスなどを用いることが好ましい。メタルマスク100は、フォトリソグラフィー法によってパターニングされたフォトレジストなどとは異なるリジッドなマスクであり、1枚のメタルマスク100をそのままの状態で基板1に被せることが可能であり、且つ、そのままの状態で基板1から剥離することが可能である。この点において、フォトレジストなどの有機マスクとは明確に区別される。   The material of the metal mask 100 is not particularly limited, but is metallic, and it is preferable to use stainless steel or the like. The metal mask 100 is a rigid mask that is different from a photoresist patterned by a photolithography method. The metal mask 100 can cover the substrate 1 as it is and is in a state as it is. Can be peeled off from the substrate 1. In this respect, it is clearly distinguished from an organic mask such as a photoresist.

次に、図7(b)に示すように、メタルマスク100を被せた状態で、イオンプレーティング法によってバリア金属材料4a及びCu5aをこの順に被着させる(成膜工程)。イオンプレーティング法とは、被着すべき金属材料を真空中で蒸発又は昇華させ、金属蒸気に正の電荷、被着基板に負の電荷を印加することによって、被着基板に金属材料を蒸着する方法である。したがって、図7(b)に示す工程は、基板1を真空チャンバーに収容し、気体状のバリア金属材料及びCuに正の電荷、基板1に負の電荷を印加することによって行う。   Next, as shown in FIG. 7B, with the metal mask 100 covered, the barrier metal material 4a and Cu 5a are deposited in this order by the ion plating method (film formation step). The ion plating method evaporates or sublimates a metal material to be deposited in vacuum, and applies a positive charge to the metal vapor and a negative charge to the deposition substrate, thereby depositing the metal material on the deposition substrate. It is a method to do. Therefore, the process shown in FIG. 7B is performed by storing the substrate 1 in a vacuum chamber and applying a positive charge to the gaseous barrier metal material and Cu and a negative charge to the substrate 1.

これにより、メタルマスク100の開口部101を介して露出している基板の表面、並びに、メタルマスク100の上面に、バリア金属材料4a及びCu5aが堆積した状態となる。この時、開口部101を介して露出している部分に形成されるバリア金属材料4a及びCu5aは、図9に示すように、上面21uが基板1の表面に対してほぼ平行となるのに対し、側面21sは基板1の表面に対して斜めとなる。これは、ある程度厚みのあるメタルマスクを介してイオンプレーティングを行った場合の特徴であり、開口部101を介して露出した領域のうち、メタルマスク100の側面100sに近い部分は単位時間当たりの被着量が少なくなるからである。   As a result, the barrier metal material 4 a and Cu 5 a are deposited on the surface of the substrate exposed through the opening 101 of the metal mask 100 and the upper surface of the metal mask 100. At this time, the barrier metal material 4a and Cu 5a formed in the portion exposed through the opening 101 have the upper surface 21u substantially parallel to the surface of the substrate 1 as shown in FIG. The side surface 21 s is inclined with respect to the surface of the substrate 1. This is a characteristic when ion plating is performed through a metal mask having a certain thickness. Of the region exposed through the opening 101, a portion near the side surface 100s of the metal mask 100 is per unit time. This is because the amount of deposition decreases.

その理由は、基板1に引き寄せられる金属蒸気のうち進行方向がやや斜めである成分は、開口部101の中央においてはメタルマスク100に阻害されることなく基板1に被着する一方(矢印31参照)、開口部101の端部においてはメタルマスク100に阻害されて基板1に到達しないからである(矢印32参照)。また、図9に示すように、メタルマスク100の側面100sにも金属材料がオーバーハング状に被着するため、これがマスクとなって開口部101の端部における被着量が減少する。このような原理により、上面21uについては基板1に対してほぼ平行となるのに対し、側面21sについては基板1に対して斜めとなる。かかる構造によって得られる効果については既に説明したとおりである。   The reason for this is that the component of the metal vapor that is attracted to the substrate 1 that is slightly inclined in the traveling direction adheres to the substrate 1 without being obstructed by the metal mask 100 in the center of the opening 101 (see arrow 31). This is because the end of the opening 101 is blocked by the metal mask 100 and does not reach the substrate 1 (see arrow 32). Further, as shown in FIG. 9, since the metal material is deposited on the side surface 100s of the metal mask 100 in an overhang shape, this serves as a mask and the deposition amount at the end of the opening 101 is reduced. Due to such a principle, the upper surface 21 u is substantially parallel to the substrate 1, while the side surface 21 s is oblique to the substrate 1. The effects obtained by such a structure are as already described.

これに対し、WLPにおける配線層の一般的な形成方法であるメッキ法(アディティブ法)を用いた場合、図10に示すように、フォトリソグラフィー法によってパターニングされたフォトレジスト41の開口部内に、配線層42が選択的に形成される。この場合、フォトレジスト41の開口部の内壁41sは、フォトリソグラフィー法によってパターニングされた結果、実質的に基板1の表面に対して垂直であることから、開口部内に形成される配線層42の側面も実質的に垂直となる。   On the other hand, when a plating method (additive method), which is a general method for forming a wiring layer in WLP, is used, as shown in FIG. 10, the wiring is formed in the opening of the photoresist 41 patterned by the photolithography method. Layer 42 is selectively formed. In this case, the inner wall 41s of the opening portion of the photoresist 41 is substantially perpendicular to the surface of the substrate 1 as a result of patterning by the photolithography method, and therefore, the side surface of the wiring layer 42 formed in the opening portion. Is also substantially vertical.

また、WLPにおける配線層の一般的な形成方法ではないが、サブトラクティブ法を用いた場合、図11(a)に示すように、基板の全面に形成された金属導体51の表面にフォトリソグラフィー法によってパターニングされたフォトレジスト52が形成される。そして、図11(b)に示すように、フォトレジスト52をマスクとして金属導体51をパターニングすると、形成される配線層53の側面は基板1の表面に対して実質的に垂直となる。   Although not a general method for forming a wiring layer in WLP, when a subtractive method is used, a photolithography method is applied to the surface of the metal conductor 51 formed on the entire surface of the substrate as shown in FIG. As a result, a patterned photoresist 52 is formed. Then, as shown in FIG. 11B, when the metal conductor 51 is patterned using the photoresist 52 as a mask, the side surface of the formed wiring layer 53 is substantially perpendicular to the surface of the substrate 1.

このように、フォトリソグラフィー法を用いた場合には、形成される配線層の側面は実質的に垂直となることから、上述した効果を得ることはできない。   Thus, when the photolithography method is used, the side surface of the formed wiring layer is substantially vertical, and thus the above-described effect cannot be obtained.

本願の特徴の説明に戻り、このようにしてバリア金属材料4a及びCu5aをこの順に被着させた後、図7(c)に示すように、メタルマスク100を基板1から剥離する(リフトオフ工程)。これにより、開口部101内のバリア金属材料4a及びCu5aが残存することから、フォトリソグラフィー法を用いることなく、リフトオフ法によってバリア金属配線4及び銅配線5からなる第1の配線層21がパターニングされることになる。このように、本発明では、イオンプレーティングとリフトオフプロセスによって、フォトリソグラフィー法を用いることなく配線層21を直接形成することができる。本明細書においては、このような手法をイオンプリンティングと呼ぶことがある。   Returning to the description of the features of the present application, the barrier metal material 4a and the Cu 5a are thus deposited in this order, and then the metal mask 100 is peeled from the substrate 1 as shown in FIG. 7C (lift-off process). . Thereby, since the barrier metal material 4a and Cu 5a in the opening 101 remain, the first wiring layer 21 including the barrier metal wiring 4 and the copper wiring 5 is patterned by the lift-off method without using the photolithography method. Will be. Thus, in the present invention, the wiring layer 21 can be directly formed by ion plating and a lift-off process without using a photolithography method. In this specification, such a method may be referred to as ion printing.

第1の配線層21を形成した後は、引き続き第2の配線層22を形成する。第2の配線層22の形成方法は第1の配線層21の形成方法と同じであり、図8(a)に示すように、配線層22の平面形状に対応する開口部201が設けられたメタルマスク200(第2のメタルマスク)を用意し、基板1の表面のうち、配線層22を形成すべき領域が開口部201を介して露出するよう、メタルマスク200を被せる(マスク工程)。配線層22を形成すべき領域とは、図3(b)に示すように第1の配線層21の端部21bを含む領域である。メタルマスク200の材料については、メタルマスク100と同じ材料を用いればよい。   After the first wiring layer 21 is formed, the second wiring layer 22 is subsequently formed. The method of forming the second wiring layer 22 is the same as the method of forming the first wiring layer 21, and an opening 201 corresponding to the planar shape of the wiring layer 22 is provided as shown in FIG. A metal mask 200 (second metal mask) is prepared, and the metal mask 200 is put on the surface of the substrate 1 so that a region where the wiring layer 22 is to be formed is exposed through the opening 201 (mask process). The region where the wiring layer 22 is to be formed is a region including the end portion 21b of the first wiring layer 21 as shown in FIG. As for the material of the metal mask 200, the same material as that of the metal mask 100 may be used.

次に、メタルマスク200を被せた状態で、イオンプレーティング法によってバリア金属材料6a及びCu7aをこの順に被着させる(成膜工程)。これにより、メタルマスク200の開口部201を介して露出している基板1の表面(正確には銅配線5の表面)、並びに、メタルマスク200の上面に、バリア金属材料6a及びCu7aが堆積した状態となる。この場合も、開口部201を介して露出している部分に形成されるバリア金属材料6a及びCu7aは、図9に示すように、上面22uが基板に対してほぼ平行となるのに対し、側面22sが基板に対して斜めとなる。   Next, with the metal mask 200 covered, the barrier metal material 6a and Cu 7a are deposited in this order by the ion plating method (film forming step). As a result, the barrier metal material 6 a and Cu 7 a were deposited on the surface of the substrate 1 exposed through the opening 201 of the metal mask 200 (more precisely, the surface of the copper wiring 5) and the upper surface of the metal mask 200. It becomes a state. Also in this case, the barrier metal material 6a and Cu 7a formed in the portion exposed through the opening 201 have the upper surface 22u substantially parallel to the substrate as shown in FIG. 22s is inclined with respect to the substrate.

そして、図8(b)に示すように、メタルマスク200を基板1から剥離すれば(リフトオフ工程)、フォトリソグラフィー法を用いることなく、バリア金属配線6及び銅配線7からなる第2の配線層22が形成される。   Then, as shown in FIG. 8B, if the metal mask 200 is peeled from the substrate 1 (lift-off process), the second wiring layer composed of the barrier metal wiring 6 and the copper wiring 7 is used without using a photolithography method. 22 is formed.

次に、図8(c)に示すように、半田ボール9を形成すべき部分を除く基板1の表面に、流動性を有する絶縁材料を選択的に供給し、キュアを行うことにより固化する(保護絶縁膜形成工程)。絶縁材料の選択的な供給は、スクリーン印刷法を用いることが好ましい。絶縁材料を選択的に供給すると、配線層21の全面と配線層22の側面22sが保護絶縁膜8によって覆われることになる。絶縁材料を供給する前の段階では、配線層22が基板から最も突出していることから、配線層22を避けるように絶縁材料を選択的に供給すれば、配線層22の側面によって絶縁材料が堰き止められるため、配線層22の上面の全体が絶縁材料によって覆われることはない。但し、配線層22の上面が絶縁材料によって全く覆われないわけではなく、拡大図である図5に示したように、表面張力によって配線層22の縁部22aが覆われる。かかる構造によって得られる効果については既に説明したとおりである。   Next, as shown in FIG. 8C, the insulating material having fluidity is selectively supplied to the surface of the substrate 1 excluding the portion where the solder balls 9 are to be formed, and solidified by curing (see FIG. 8C). Protective insulating film forming step). It is preferable to use a screen printing method for the selective supply of the insulating material. When the insulating material is selectively supplied, the entire surface of the wiring layer 21 and the side surface 22s of the wiring layer 22 are covered with the protective insulating film 8. In the stage before supplying the insulating material, since the wiring layer 22 protrudes most from the substrate, if the insulating material is selectively supplied so as to avoid the wiring layer 22, the insulating material is dammed by the side surface of the wiring layer 22. Therefore, the entire upper surface of the wiring layer 22 is not covered with the insulating material. However, the upper surface of the wiring layer 22 is not completely covered with the insulating material, and the edge 22a of the wiring layer 22 is covered with the surface tension as shown in FIG. 5 which is an enlarged view. The effects obtained by such a structure are as already described.

これに対し、WLPにおける配線層の一般的な形成方法であるメッキ法(アディティブ法)を用いた場合、図12に示すように、フォトリソグラフィー法によってパターニングされた保護絶縁膜60の開口部61内に、ポスト電極となる配線層62が選択的に形成される。この場合、配線層62が保護絶縁膜60よりも後に形成されることから、配線層62の縁部62aが保護絶縁膜60によって覆われることはない。   On the other hand, when a plating method (additive method) which is a general method for forming a wiring layer in WLP is used, as shown in FIG. 12, the inside of the opening 61 of the protective insulating film 60 patterned by the photolithography method is used. In addition, a wiring layer 62 to be a post electrode is selectively formed. In this case, since the wiring layer 62 is formed after the protective insulating film 60, the edge 62 a of the wiring layer 62 is not covered with the protective insulating film 60.

また、サブトラクティブ法を用いた場合も、図13に示すように、保護絶縁膜70の全面に形成された金属導体がパターニングされることになる。この場合も、配線層71が保護絶縁膜70よりも後に形成されることから、配線層71の縁部71aが保護絶縁膜70によって覆われることはない。   Also, when the subtractive method is used, the metal conductor formed on the entire surface of the protective insulating film 70 is patterned as shown in FIG. Also in this case, since the wiring layer 71 is formed after the protective insulating film 70, the edge 71 a of the wiring layer 71 is not covered with the protective insulating film 70.

このように、フォトリソグラフィー法を用いた場合には、配線層62,71の縁部62a,71aが保護絶縁膜60,70で覆われることがないため、上述した効果を得ることはできない。   Thus, when the photolithography method is used, the edge portions 62a and 71a of the wiring layers 62 and 71 are not covered with the protective insulating films 60 and 70, and thus the above-described effect cannot be obtained.

本願の特徴の説明に戻り、その後は、配線層22の露出部分に半田を供給しこれを溶融させれば、図1に示すように半田ボール9が形成される(電極形成工程)。以上により、一連のWLP工程が完了する。その後は、スクライブラインに沿って基板1をダイシングすれば、個々の半導体チップに個片化することができる(切断工程)。尚、基板1のダイシングは、保護絶縁膜8を形成した後、半田ボール9を形成する前に行っても構わない。   Returning to the description of the features of the present application, after that, if solder is supplied to the exposed portion of the wiring layer 22 and melted, solder balls 9 are formed as shown in FIG. 1 (electrode formation step). Thus, a series of WLP processes are completed. Thereafter, if the substrate 1 is diced along the scribe line, it can be divided into individual semiconductor chips (cutting step). The dicing of the substrate 1 may be performed after the protective insulating film 8 is formed and before the solder balls 9 are formed.

以上説明したように、本実施形態によるシリコンウエハ10の製造方法によれば、2回のイオンプリンティングによって、フォトリソグラフィー工程(レジストの塗布、露光、現像、及びレジストの剥離を含む一連の工程)を経ることなく配線層21,22が直接形成される。このため、従来の一般的な方法を用いた場合と比べて、工程数が1/3〜1/4に減少する。しかも、メタルマスク100は安価に大量生産可能であるとともに、被着した金属をエッチングにより除去すればクリーニングされたメタルマスク及びそのエッチングされた金属材料をそれぞれ繰り返し使用することが可能である。本発明者らの実験によれば、5回程度繰り返して使用しても、形成される配線層21,22に品質の低下は見られなかった。これらにより、生産性が高く低コストなシリコンウエハ10を提供することが可能となる。   As described above, according to the method for manufacturing the silicon wafer 10 according to the present embodiment, the photolithography process (a series of processes including resist coating, exposure, development, and resist stripping) is performed by ion printing twice. The wiring layers 21 and 22 are directly formed without passing through. For this reason, compared with the case where the conventional general method is used, the number of processes reduces to 1/3-1/4. In addition, the metal mask 100 can be mass-produced at low cost, and if the deposited metal is removed by etching, the cleaned metal mask and the etched metal material can be used repeatedly. According to the experiments by the present inventors, no deterioration in quality was observed in the formed wiring layers 21 and 22 even after repeated use about 5 times. Accordingly, it is possible to provide the silicon wafer 10 with high productivity and low cost.

尚、配線層21,22に含まれる銅配線5,7は、膜厚が比較的厚いため(上記の例ではそれぞれ5μm及び10μm)、応力の発生原因となる。しかしながら、上述の通り配線層21,22のエッジが鋭角であり、その角度θが55°以下であることから、エッジ部における応力が緩和される。応力をより緩和するためには、イオンプレーティング時における基板1の温度を低温化するとともに、被着原子エネルギを低い状態とすることによって、ひずみの少ない成膜条件に制御することが好ましい。   The copper wirings 5 and 7 included in the wiring layers 21 and 22 are relatively thick (in the above example, 5 μm and 10 μm, respectively), which causes stress. However, as described above, the edges of the wiring layers 21 and 22 have an acute angle, and the angle θ is 55 ° or less, so that stress at the edge portion is relieved. In order to further relax the stress, it is preferable to control the film formation conditions with less strain by lowering the temperature of the substrate 1 during ion plating and lowering the deposited atom energy.

より具体的には、イオンプレーティング時における被着原子エネルギを5〜100eVの範囲に設定することが好ましい。これは、被着原子エネルギが高すぎると、界面破壊が生じるからである。これに対し、被着原子エネルギを上記の範囲に設定すれば、セカンダリマイグレーションが活発となる結果、被着金属は成長方向に伸びる柱状結晶の集合体となる。   More specifically, it is preferable to set the deposited atom energy during ion plating in the range of 5 to 100 eV. This is because if the deposited atomic energy is too high, interface breakdown occurs. On the other hand, when the deposition atomic energy is set in the above range, secondary migration becomes active, and as a result, the deposited metal becomes an aggregate of columnar crystals extending in the growth direction.

図14は、イオンプレーティング法によって形成されたCuの断面を示す図である。   FIG. 14 is a view showing a cross section of Cu formed by the ion plating method.

図14に示すように、Cuをイオンプレーティング法によって形成すると、Cuは成長方向に伸びる柱状の塊30の集合体となる。柱状の塊30とは、典型的には配線層を構成する金属材料(Cu)の結晶体であり、この場合、隣接する2つの塊30の境界部分は結晶界面となる。また、これら柱状の塊30の少なくとも一部は、互いに結晶方位が異なることがある。柱状の塊30の成長方向は、基板1の表面方向とは異なる方向であり、典型的には基板の表面に対してほぼ垂直な方向である。したがって、イオンプレーティング法によって形成される配線層21,22は、典型的には、基板1の表面に対してほぼ垂直に伸びる柱状結晶の集合体によって構成されることになる。このため、面方向に対しては細分化されたグレインとなることから、被着ひずみが少なく且つ界面においては強固な接着力を得ることが可能となる。   As shown in FIG. 14, when Cu is formed by an ion plating method, Cu becomes an aggregate of columnar lumps 30 extending in the growth direction. The columnar lump 30 is typically a crystal of a metal material (Cu) that constitutes a wiring layer. In this case, a boundary portion between two adjacent lumps 30 is a crystal interface. Further, at least some of these columnar chunks 30 may have different crystal orientations. The growth direction of the columnar mass 30 is a direction different from the surface direction of the substrate 1, and is typically a direction substantially perpendicular to the surface of the substrate. Therefore, the wiring layers 21 and 22 formed by the ion plating method are typically constituted by aggregates of columnar crystals that extend substantially perpendicular to the surface of the substrate 1. For this reason, since the grains are subdivided with respect to the surface direction, it is possible to obtain a strong adhesive force at the interface with little deposition strain.

図15は、柱状の塊30の集合体が成長するメカニズムを説明するための図である。   FIG. 15 is a diagram for explaining a mechanism by which an aggregate of columnar lumps 30 grows.

まず、真空中でイオン化されたスピーシーズ32がクーロン力により基板31に向かって運動し、基板31に付着する(図15(a))。基板31に付着したスピーシーズ32aは、セカンダリマイグレーションによって基板31の表面を移動し、これによって移動したスピーシーズ32b同士が合体する(図15(b))。これを繰り返すことにより、基板31の表面には、スピーシーズの核32cが形成される(図15(c))。図15(d)はスピーシーズの核32cを平面方向から見た図である。イオンプレーティングが進むにつれて、核32cは平面方向及び高さ方向に成長し、島状の塊32dとなる(図15(e))。島状の塊32dは、イオンプレーティングが進むにつれてさらに成長し、基板31の表面が隙間なく島状の塊32dで覆い尽くされた後は、高さ方向に成長を進め、柱状の塊30となる(図15(f))。このようなメカニズムにより柱状の塊30の集合体が成長することから、早期に島状の塊32dが形成された箇所においては柱状の塊30の高さが高くなり、他の箇所においては柱状の塊30の高さがやや低くなる。このため、柱状の塊30の基板31からの高さは互いに僅かに異なることになり、その結果、配線層21,22の表面には、細かな凹凸が現れることになる。   First, the species 32 ionized in a vacuum move toward the substrate 31 by the Coulomb force and adhere to the substrate 31 (FIG. 15A). The species 32a adhering to the substrate 31 move on the surface of the substrate 31 by secondary migration, and the species 32b moved thereby are united (FIG. 15B). By repeating this, species cores 32c are formed on the surface of the substrate 31 (FIG. 15C). FIG. 15D is a view of the species core 32c as seen from the plane direction. As ion plating proceeds, the nucleus 32c grows in the planar direction and the height direction, and becomes an island-shaped lump 32d (FIG. 15E). The island-shaped lump 32d further grows as ion plating progresses, and after the surface of the substrate 31 is completely covered with the island-shaped lump 32d, the growth proceeds in the height direction. (FIG. 15 (f)). Since the aggregate of the columnar chunks 30 is grown by such a mechanism, the height of the columnar chunks 30 is increased in the places where the island-like chunks 32d are formed at an early stage, and the columnar chunks 30 are formed in other places. The height of the lump 30 is slightly lowered. For this reason, the height of the columnar block 30 from the substrate 31 is slightly different from each other. As a result, fine irregularities appear on the surfaces of the wiring layers 21 and 22.

使用するイオンプレーティング装置としては、市販のイオンプレーティング装置を用いることができるが、被着金属イオンのエネルギを制御することによって、密着力を確保しつつひずみの発生しにくい成膜条件とすることができる。イオン源は電子ビーム法で蒸発させ、蒸発した金属原子を高周波コイルの中で発生しているArプラズマに浸入させ、イオン化させる。イオン化された金属原子はマイナス電極に設置されたウエハにクーロン力で引き付けられ、被着する。   As the ion plating apparatus to be used, a commercially available ion plating apparatus can be used. By controlling the energy of the deposited metal ions, the film forming conditions are set so as to prevent the occurrence of distortion while ensuring the adhesion. be able to. The ion source is evaporated by an electron beam method, and the evaporated metal atoms are infiltrated into Ar plasma generated in a high frequency coil to be ionized. The ionized metal atoms are attracted to the wafer placed on the negative electrode by Coulomb force and deposited.

その被着エネルギはイオンの平均自由工程と電圧に関与する。イオンの有効面積をσ2とすると、平均自由工程λ[m]はArガス温度T[K]およびガス圧P[Pa]で決まり、次式で表すことができる。
The deposition energy is related to the ion mean free path and voltage. When the effective area of ions is σ2, the mean free path λ [m] is determined by the Ar gas temperature T [K] and the gas pressure P [Pa] and can be expressed by the following equation.

また、イオン質量をm[g]とすると、加速される速度vは、次式で表すことができる。
If the ion mass is m [g], the accelerated speed v can be expressed by the following equation.

したがって、イオン加速エネルギUは、次式で表すことができる。
Therefore, the ion acceleration energy U can be expressed by the following equation.

当然、平均自由工程λはボルツマン分布をしているため、0から1000倍以上という広がりを持つが、平均自由行程で被着層の性質が異なることになる。   Naturally, since the mean free path λ has a Boltzmann distribution, it has a spread from 0 to 1000 times or more, but the properties of the deposited layer differ in the mean free path.

上式から明らかなようにイオン加速エネルギUは平均自由工程λと同一次元であるため、ボルツマン分布をする。図43は、本実施形態のイオンプレーティング時における被着金属イオンのエネルギの分布を示すグラフである。図44は図43を対数表示したグラフである。エネルギ分布を視認しやすい図44を用いて説明すると、本実施形態のイオンプレーティングでは、主要部分を25±10eVとする0.01eVから250eVの被着エネルギを与える。   As is clear from the above equation, the ion acceleration energy U has the same dimension as the mean free path λ, and thus has a Boltzmann distribution. FIG. 43 is a graph showing the energy distribution of deposited metal ions during ion plating according to the present embodiment. FIG. 44 is a graph logarithmically representing FIG. Referring to FIG. 44 where the energy distribution is easy to visually recognize, the ion plating of this embodiment gives a deposition energy of 0.01 eV to 250 eV with the main part being 25 ± 10 eV.

ここで「主要部分」とは、ボルツマン分布する被着エネルギのピークを意味する。図43に示すように、本実施形態では、被着エネルギのピークは25±10eV、すなわち15eV〜35eVの範囲にあればよい。図43では15eV、25eV、35eVをそれぞれピークとする3通りのエネルギ分布f1(u)、f2(u)、f3(u)を例示している。   Here, the “main part” means a peak of deposition energy having a Boltzmann distribution. As shown in FIG. 43, in this embodiment, the peak of the deposition energy may be in the range of 25 ± 10 eV, that is, in the range of 15 eV to 35 eV. FIG. 43 illustrates three types of energy distributions f1 (u), f2 (u), and f3 (u) having peaks of 15 eV, 25 eV, and 35 eV, respectively.

次に、ピークを中心とした被着エネルギの範囲(上下限)を上記の0.01eVから250eVと定めた理由について説明する。本来、ボルツマン分布する被着エネルギに上下限はない。しかし、本実施形態の被着エネルギを一般的なイオンプレーティングのそれと差別化するため、図44の縦軸に示す、頻度が5%(値0.05)以下の、ほとんど利用されないエネルギ値を一応の目安として切り捨てた。するとエネルギの範囲0.8〜250eVが得られる。ただし本実施形態では下限値をより小さくし、被着エネルギの範囲を0.01〜250eVとした。これは、被着エネルギが低い分子・原子は空間を飛程中に衝突し易く、これによってエネルギが減少すると見たからである。   Next, the reason why the range (upper and lower limits) of the deposition energy centered on the peak is determined from 0.01 eV to 250 eV will be described. Originally, there is no upper and lower limit for the deposition energy distributed in Boltzmann. However, in order to differentiate the deposition energy of this embodiment from that of general ion plating, an energy value that is hardly used and whose frequency is 5% (value 0.05) or less shown on the vertical axis of FIG. Rounded down as a guide. Then, an energy range of 0.8 to 250 eV is obtained. However, in the present embodiment, the lower limit value is made smaller, and the deposition energy range is 0.01 to 250 eV. This is because molecules and atoms with low deposition energy are likely to collide with space during the flight, and this is considered to reduce energy.

図45は一般的なイオンプレーティングおよび本実施形態におけるイオンプレーティングの被着エネルギの分布を比較するグラフである。図46は図45を対数表示したグラフである。本実施形態におけるイオンプレーティングの特徴は、被着エネルギのピーク(図46に代表として示すエネルギ分布f1(u)のピーク15eV)が、一般的なイオンプレーティングの被着エネルギのピーク(図46のエネルギ分布f0(u)のピーク1keV)より格段に小さく、2桁もの差があることである。   FIG. 45 is a graph comparing the distribution of deposition energy of a general ion plating and the ion plating in this embodiment. FIG. 46 is a graph showing the logarithm of FIG. The feature of ion plating in the present embodiment is that the peak of deposition energy (peak 15 eV of energy distribution f1 (u) shown in FIG. 46 as a representative) is the peak of deposition energy of general ion plating (FIG. 46). The energy distribution f0 (u) has a peak which is much smaller than the peak 1 keV), and has a difference of two digits.

ピークにこれだけ明確な差がありながら、既に述べたように上下限のないボルツマン分布同士であるために、本実施形態におけるイオンプレーティングと一般的なイオンプレーティングの被着エネルギの分布曲線は、ほとんど使用されない裾野の部分(0.05=5%以下の部分)でオーバーラップしている。そこで一般的なイオンプレーティングについても、本実施形態と同様に頻度が5%以下のエネルギ値を一応の目安として切り捨てる。これによって本実施形態の被着エネルギの範囲0.01〜250eVは、一般的なイオンプレーティングの被着エネルギの範囲とオーバーラップしなくなる。したがって両者を明確に差別化することができる。   Although there is such a clear difference in the peaks, as described above, because the Boltzmann distributions have no upper and lower limits, the distribution curves of the deposition energy of the ion plating and the general ion plating in this embodiment are as follows: It overlaps at the base part (0.05 = 5% or less) that is hardly used. Therefore, also in general ion plating, the energy value having a frequency of 5% or less is rounded down as a temporary guide as in the present embodiment. As a result, the deposition energy range of 0.01 to 250 eV in this embodiment does not overlap with the deposition energy range of a general ion plating. Therefore, the two can be clearly differentiated.

なお、イオンプレーティングの被着原子エネルギの範囲を上記の0.01〜250eVからさらに限定し、5〜100eVにすることが好ましいことは既に述べた通りである。   As described above, it is preferable to further limit the deposition atomic energy range of the ion plating from the above 0.01 to 250 eV and to 5 to 100 eV.

図5および図6に示した、配線層21、22のエッジ部21e、22eの角度が55°以下となる構造、および、図14に示した、Cuが柱状の塊30の集合体となる構造は、本実施形態に特有の構造である。すなわち、ある程度の厚みのメタルマスクを用い、主要部分を25±10eVとする0.01eVから250eVの被着エネルギでイオンプレーティングを行うことにより、かかる構造の配線層が得られる。   The structure in which the angles of the edge portions 21e and 22e of the wiring layers 21 and 22 shown in FIGS. 5 and 6 are 55 ° or less, and the structure in which Cu is an aggregate of columnar chunks 30 shown in FIG. Is a structure peculiar to this embodiment. That is, by using a metal mask having a certain thickness and performing ion plating with a deposition energy of 0.01 eV to 250 eV in which the main portion is 25 ± 10 eV, a wiring layer having such a structure can be obtained.

ボルツマン分布からCu2+イオンの粒子エネルギの平均値15.5eVとすると、分布はおおむね200eV(0.01%以下を切捨て)で収まる。この値は原子結合エネルギの約5から10倍であり、被着後再配列するエネルギを持っているが、被着された状態を乱す値ではないことから、被着膜の応力が発生しない条件である。この条件で被着したCu膜のX線回折によるピークを圧延銅箔と比較した測定結果を図16に示す。図16は、上記の件で被着したCu膜80と、標準Cu板81とを比較した図である。最大ピーク(2θ=69°)と2θ=33°のピークはSUS板に貼り付けたための、SUSを表すピークであり、これを除外してみる必要があるが、全体として強度が強い方が標準Cu板81であり、それと同じ場所にピーク値が一致していることから、ひずみのないCu結晶となっていることが分かる。 If the average value of the particle energy of Cu 2+ ions is 15.5 eV from the Boltzmann distribution, the distribution will be approximately 200 eV (0.01% or less rounded down). This value is about 5 to 10 times the atomic bond energy, and has the energy to rearrange after deposition, but is not a value that disturbs the deposited state. It is. The measurement result which compared the peak by X-ray diffraction of the Cu film | membrane deposited on these conditions with rolled copper foil is shown in FIG. FIG. 16 is a diagram comparing the Cu film 80 deposited in the above case and the standard Cu plate 81. The maximum peak (2θ = 69 °) and the peak of 2θ = 33 ° are peaks that are attached to the SUS plate and represent SUS. It is necessary to exclude this, but it is standard that the strength is strong overall Since it is the Cu plate 81 and the peak values coincide with the same place, it can be seen that the Cu crystal has no distortion.

以上の説明で明らかなように、ひずみの少ない厚いCu配線をフォトリソグラフィー法を用いることなく形成することができる。   As is clear from the above description, a thick Cu wiring with little distortion can be formed without using a photolithography method.

図47はイオンプレーティング時の被着金属(Cu)の被着エネルギと、成膜されたCu結晶の構造との関係を示す実験結果である。同図は結晶をFIB(Focused Ion Beam)で切断した断面である。バイアス電圧およびCuイオンエネルギは4通りに変化させている。その値は図47(a)においてバイアス10V、Cuイオンエネルギ1.825eV+α(条件1)、図47(b)においてバイアス55V、Cuイオンエネルギ10.038eV+α(条件2)、図47(c)においてバイアス200V、Cuイオンエネルギ36.503eV+α(条件3)および図47(d)においてバイアス300V、Cuイオンエネルギ54.754eV+α(条件4)である。それぞれ被着エネルギに「+α」としているのは、これらの被着エネルギの値には、原料基板へのイオンビーム加熱の運動エネルギ(1〜5eV)を加算すべきだからである。   FIG. 47 shows the experimental results showing the relationship between the deposition energy of the deposited metal (Cu) during ion plating and the structure of the deposited Cu crystal. This figure is a cross section of the crystal cut by FIB (Focused Ion Beam). The bias voltage and Cu ion energy are changed in four ways. 47 (a), the bias is 10V, the Cu ion energy is 1.825 eV + α (condition 1), the bias is 55V in FIG. 47 (b), the Cu ion energy is 10.038 eV + α (condition 2), and the bias is in FIG. 47 (c). 200 V, Cu ion energy 36.503 eV + α (condition 3), and in FIG. 47D, the bias is 300 V and the Cu ion energy 54.754 eV + α (condition 4). The reason why each deposition energy is set to “+ α” is that the kinetic energy (1 to 5 eV) of ion beam heating to the raw material substrate should be added to these deposition energy values.

条件1〜条件4は、すべて、0.01eVから250eVという本発明が推奨する範囲の被着エネルギの範囲にある。したがって、Cuの大部分が柱状結晶となっていて、図15で説明したセカンダリマイグレーションが起こっている良好な結果と見える。条件1〜4の柱状結晶の成長の様子の相違を、以下、考察する。   Conditions 1 to 4 are all within the range of deposition energy recommended by the present invention from 0.01 eV to 250 eV. Therefore, most of Cu is a columnar crystal, which seems to be a good result of the secondary migration described in FIG. The difference in the growth of columnar crystals under conditions 1 to 4 will be considered below.

図47(b)に示す条件2、すなわち被着エネルギが10.038eV+α=11〜15eVの場合が、4条件のなかで、最も、全体にわたって微細できれいな柱状結晶ができていることが分かる。条件2における被着エネルギは、上記の0.01eVから250eVという範囲のなかでも本発明が主要部分としてとりわけ推奨する25±10eVに最も近い値である。   It can be seen that Condition 2 shown in FIG. 47B, that is, the case where the deposition energy is 10.038 eV + α = 11 to 15 eV, is the most fine and clean columnar crystal over the whole of the four conditions. The deposition energy in condition 2 is the closest value to 25 ± 10 eV particularly recommended by the present invention as the main part in the range of 0.01 eV to 250 eV.

図47(a)に示す条件1、すなわち低い被着エネルギ1.825eV+α=2.8〜6.8eVの場合は、領域A1に示すように、粗大結晶になってしまっている領域がある。これは、図15で説明したセカンダリマイグレーションが不足し、安定して成長していない柱状結晶が、隣で成長している柱状結晶からの侵食を受けたためと考えられる。したがって柱状にならず、横の広がりができ、上記のような粗大結晶ができている。また、その他の3つの領域A2、A3、A4にも見られるように、かかる侵食は、柱状結晶の途中でも起こっている。条件1よりさらに低エネルギにした場合には、かかる粗大化が顕著になり、さらに低エネルギにすれば、結晶はアモルファスに近付くと考えられる。   In the case of condition 1 shown in FIG. 47A, that is, low deposition energy of 1.825 eV + α = 2.8 to 6.8 eV, there is a region that has become a coarse crystal as shown in region A1. This is thought to be because the columnar crystals that are not stably grown due to the lack of secondary migration described with reference to FIG. 15 have been eroded from the columnar crystals that are growing adjacently. Therefore, it does not have a columnar shape but can be expanded laterally, and a coarse crystal as described above is formed. In addition, as seen in the other three regions A2, A3, and A4, such erosion also occurs in the middle of the columnar crystal. When the energy is made lower than that in the condition 1, such coarsening becomes remarkable, and when the energy is made lower, the crystal is considered to approach amorphous.

図47(c)に示す条件3、すなわち被着エネルギを高くした36.503eV+α=37〜41eVの場合、被着当初(おおよそラインL1より下方の層)は、微細柱状結晶の傾向が見られる。しかしおおよそラインL1より上の中盤以降、スピーシーズ衝突時に既に生成した結晶の乱れが生じ、セカンダリー・サーダリマイグレーションで柱状結晶の連続性が阻害される傾向にあり、結晶粒が次第に粗大化されて成長してゆく。   In the condition 3 shown in FIG. 47 (c), that is, 36.503 eV + α = 37 to 41 eV in which the deposition energy is increased, a tendency of fine columnar crystals is observed at the beginning of deposition (approximately the layer below the line L1). However, after the middle stage above the line L1, the crystal already generated at the time of species collision is disturbed, and the secondary saddle migration tends to hinder the continuity of the columnar crystals, and the grains gradually grow and grow. I will do it.

図47(d)に示す条件4、すなわち被着エネルギをさらに高くした54.754eV+α=55〜60eVの場合、おおよそラインL2より上の層において、条件3と同様の粗大化成長とともに、さらに柱状結晶の連続性がなくなり、乱れが大きくなっている。そのきっかけは、既結晶の乱れによる枝別れの箇所が多いことから判断できる。さらに本実験結果には含まれていない以内が、被着エネルギを100eVレベルにすると、柱状結晶ではなく、粒状結晶が生じてくる可能性が示唆される。   In the case of condition 4 shown in FIG. 47 (d), that is, 54.754 eV + α = 55 to 60 eV in which the deposition energy is further increased, in the layer approximately above line L2, along with the coarse growth similar to condition 3, the columnar crystal The continuity of is lost, and the disturbance is increasing. The reason for this can be judged from the fact that there are many branches due to the disturbance of the existing crystals. Further, within the range not included in the results of this experiment, it is suggested that when the deposition energy is set to a level of 100 eV, not a columnar crystal but a granular crystal may be generated.

以上の条件1〜4の比較をまとめると、最も柱状結晶の成長が理想的なものから順に、条件2>条件3>条件1>条件4の順位が付けられる。概ね、本発明がとりわけ推奨する25±10eVの被着エネルギに近い値でイオンプレーティングを行ったものから順番に良好な柱状結晶を形成している。   When the comparison of the above conditions 1 to 4 is summarized, the order of condition 2> condition 3> condition 1> condition 4 is given in order from the most ideal columnar crystal growth. In general, good columnar crystals are formed in order from the ones subjected to ion plating at a value close to the deposition energy of 25 ± 10 eV particularly recommended by the present invention.

なお条件1より低い被着エネルギや条件4より高いエネルギなど、より広範囲の被着エネルギを用いて実験すれば、結晶の成長の差がより顕著に現れたと考えられる。   Note that it is considered that the difference in crystal growth appears more significantly when experiments are performed using a wider range of deposition energies, such as deposition energy lower than condition 1 and energy higher than condition 4.

原子の並びが500〜800個程度という超微細な柱状結晶(ほぼ50nm径)では粒界が極端に多いことから、粒界の変位能の高さから成膜ひずみが小さくなり、被着厚みが厚くても、残留応力の小さな安定膜が形成される。   In ultra-fine columnar crystals (approximately 50 nm in diameter) with about 500 to 800 atoms, the number of grain boundaries is extremely large. Therefore, the film-forming strain is reduced due to the high displacement ability of the grain boundaries, and the deposition thickness is reduced. Even if it is thick, a stable film with small residual stress is formed.

イオンプレーティングによる被着金属は、通常の金属結合エネルギの数倍のエネルギで被着するため、界面接着強度も大きく、ひずみが小さいことから柱状結晶は最適な成膜条件である。   Since the metal deposited by ion plating is deposited with energy several times the normal metal binding energy, the interfacial adhesion strength is large and the strain is small, so columnar crystals are the optimum film forming conditions.

図48は、図5および図6にて説明した、配線層21の断面形状を例示する実験結果である。図48(a)は成膜された配線層21の結晶構造を示している。図48(b)は、配線層21の成膜時における配線層21とメタルマスク100との位置関係を模式的に示す図である。図48(c)は、図48(a)と比較対象となる、図10に示したメッキ法にて配線層42を形成した場合の実験結果を例示する図である。図48(a)では、メタルマスクを用いたイオンプレーティングによって配線層(Cu)を成膜していて、その被着エネルギは18.25eV(バイアス100v)である。   FIG. 48 shows experimental results illustrating the cross-sectional shape of the wiring layer 21 described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. 48A shows the crystal structure of the formed wiring layer 21. FIG. 48B is a diagram schematically showing the positional relationship between the wiring layer 21 and the metal mask 100 when the wiring layer 21 is formed. FIG. 48C is a diagram exemplifying experimental results when the wiring layer 42 is formed by the plating method shown in FIG. 10, which is a comparison object with FIG. In FIG. 48A, a wiring layer (Cu) is formed by ion plating using a metal mask, and its deposition energy is 18.25 eV (bias 100 v).

図48(a)には、図48(b)で位置関係を模式的に示したメタルマスク100の影響でエネルギが弱く、柱状結晶がうまくできていない領域A5があるものの、エッジ部の角度が55°以下となる配線層21が形成されている。   In FIG. 48A, although there is a region A5 where energy is weak and columnar crystals are not well formed due to the influence of the metal mask 100 whose positional relationship is schematically shown in FIG. 48B, the angle of the edge portion is small. A wiring layer 21 that is 55 ° or less is formed.

一方、図48(c)に比較例として示すメッキ法にて配線層を形成した場合には、エッジ部A6の形状が基板1に対してほぼ90°になっていて、エッジ部A6の応力は緩和されないし、配線層42と保護絶縁膜との密着性も向上させることができず、パッケージの信頼性が高められない。   On the other hand, when the wiring layer is formed by the plating method shown in FIG. 48C as a comparative example, the shape of the edge portion A6 is substantially 90 ° with respect to the substrate 1, and the stress of the edge portion A6 is The adhesion between the wiring layer 42 and the protective insulating film cannot be improved, and the reliability of the package cannot be improved.

以上、本発明の好ましい回路基板に関する実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   As mentioned above, although the embodiment regarding the preferable circuit board of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the main point of this invention, and they are also It goes without saying that these are included in the scope of the present invention.

例えば、本発明において基板上に2層の配線層21,22を設けることは必須でなく、模式図である図17に示すように、チップ取り出し電極2の上部に配線層22を直接形成しても構わない。つまり、再配線部を有する配線層21を省略することも可能である。このような構造は、チップ取り出し電極2の電極ピッチが十分に広く、再配線を行う必要がないケースにおいて好適である。この場合、図18に示すように、配線層22の側面22sは斜め(55°以下)であり、配線層22の上面22uのうち外周に沿った縁部22aは保護絶縁膜8によって覆われる。   For example, in the present invention, it is not essential to provide the two wiring layers 21 and 22 on the substrate, and the wiring layer 22 is directly formed on the chip extraction electrode 2 as shown in FIG. It doesn't matter. That is, it is possible to omit the wiring layer 21 having the rewiring portion. Such a structure is suitable in the case where the electrode pitch of the chip extraction electrode 2 is sufficiently wide and rewiring is not required. In this case, as shown in FIG. 18, the side surface 22 s of the wiring layer 22 is oblique (55 ° or less), and the edge 22 a along the outer periphery of the upper surface 22 u of the wiring layer 22 is covered with the protective insulating film 8.

また、上記実施形態においては、配線層21,22をバリア金属配線と銅配線の2層構造としたが、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、バリア金属配線を省略しても構わないし、銅を主成分とする銅配線の代わりに他の金属材料からなる配線を用いても構わない。Cu以外の好ましい他の金属材料(主金属)の主成分としては、Al、Ti、Cr及びNiを挙げることができる。好ましくは、主成分は、50パーセント以上である。その他の材料(副金属)の副成分は10パーセント以下である。特に、Alは一般的なWLPにて用いられるメッキ法では形成することができない金属材料であるが、イオンプレーティング法によれば、金属の種類にかかわらず成膜可能である。また、銅配線の代わりにAl配線を用いた場合、バリア金属配線は不要である。さらに、銅配線の代わりに、複数の金属材料からなる多元合金を含む配線を用いても構わない。多元合金は、その種類によってはメッキ法で形成することが困難であるが、イオンプレーティング法によれば、任意の種類の金属を任意の比率で混合させることが可能となる。多元合金を使用したイオンプレーティング法によって、さらに製造コストが低減できる。   In the above embodiment, the wiring layers 21 and 22 have a two-layer structure of barrier metal wiring and copper wiring, but the present invention is not limited to this. Therefore, the barrier metal wiring may be omitted, or a wiring made of another metal material may be used instead of the copper wiring mainly composed of copper. Examples of the main component of other preferable metal material (main metal) other than Cu include Al, Ti, Cr, and Ni. Preferably, the main component is 50 percent or more. The other component (secondary metal) has a minor component of 10% or less. In particular, Al is a metal material that cannot be formed by a plating method used in general WLP, but can be formed by an ion plating method regardless of the type of metal. Moreover, when Al wiring is used instead of copper wiring, barrier metal wiring is unnecessary. Furthermore, instead of the copper wiring, a wiring including a multi-component alloy made of a plurality of metal materials may be used. Depending on the type of the multi-component alloy, it is difficult to form by a plating method. However, according to the ion plating method, any type of metal can be mixed in an arbitrary ratio. The manufacturing cost can be further reduced by the ion plating method using a multi-component alloy.

また、上記実施形態においては、おなじメタルマスクを用いてバリア金属配線(第1の金属性の導体)と銅配線(第2の金属性の導体)の複数の配線層を連続的に形成している(一回の前記マスク工程、連続する複数回の前記成膜工程、及び前記一回のマスク工程に対応する一回の前記リフトオフ工程からなる一連の工程群)が、本発明がこれに限定されるものではなく、メタルマスクを用いてバリア金属配線を形成した後このメタルマスクを剥離し、別のメタルマスクを用いて銅配線を形成しても構わない。   In the above embodiment, a plurality of wiring layers of barrier metal wiring (first metallic conductor) and copper wiring (second metallic conductor) are continuously formed using the same metal mask. (A series of steps consisting of one mask step, a plurality of successive film formation steps, and one lift-off step corresponding to the one mask step), but the present invention is limited to this. Instead, the barrier metal wiring may be formed using a metal mask, and then the metal mask may be peeled off and the copper wiring may be formed using another metal mask.

さらに、本発明の対象がシリコンウエハに限定されるものではなく、種々の回路基板に適用することが可能である。   Furthermore, the subject of the present invention is not limited to silicon wafers, and can be applied to various circuit boards.

さらに、本願の権利対象である回路基板が、シリコンウエハ及び半導体チップに限定されるものではなく、シリコンウエハ、半導体チップを封止した最終製品としての電子デバイス(単一の半導体チップまたは複数の半導体チップがモールディング等で封止された半導体装置、単一または複数の前記半導体装置を含むカード、単一または複数の半導体チップを含むカード、コンピュータや移動体通信機器などの電子機器に含まれるシステムとしてのマザーボード等)とすることが可能である。この場合、回路基板の外部端子電極は、最終製品が有する外部端子電極となる。本願の一つの技術思想(フォトリソグラフィー工程を経て作成された基板に、フォトリソグラフィー工程を使用せずにメタルマスクを基板に被せるマスク工程、イオンプレーティング法により金属性の導体を形成する成膜工程、及びメタルマスクを剥離するリフトオフ工程、並びに外部端子電極を形成する電極形成工程)と何ら矛盾するものではない。   Furthermore, the circuit board that is the subject of the present application is not limited to a silicon wafer and a semiconductor chip, but an electronic device (single semiconductor chip or a plurality of semiconductors) as a final product encapsulating the silicon wafer and the semiconductor chip. As a system included in a semiconductor device in which a chip is sealed by molding or the like, a card including a single or a plurality of semiconductor devices, a card including a single or a plurality of semiconductor chips, and an electronic device such as a computer or a mobile communication device For example, a motherboard). In this case, the external terminal electrode of the circuit board is an external terminal electrode included in the final product. One technical idea of the present application (a mask process in which a metal mask is applied to a substrate created through a photolithography process without using a photolithography process, and a film forming process in which a metallic conductor is formed by an ion plating method) And a lift-off process for peeling the metal mask, and an electrode forming process for forming the external terminal electrode).

尚、これまでの技術思想においては、後工程においてボンディングワイヤを敷設することを排除するものではないし、回路基板又は最終製品がボンディングワイヤを含むことを何ら制約するものでもない。よって、実施形態における半田ボール9に替えてボンディングワイヤまたはTAB(tape automated bonding)を外部端子電極に含めてもよい。   It should be noted that the technical idea so far does not exclude the laying of bonding wires in the subsequent process, and does not restrict the circuit board or the final product from containing bonding wires. Therefore, instead of the solder ball 9 in the embodiment, a bonding wire or TAB (tape automated bonding) may be included in the external terminal electrode.

次に、本実施形態による半導体装置及び電子システムの構造、並びにそれらの製造方法について説明する。図19乃至図42までは、その回路基板に関連した半導体装置及び電子システムの構造と製造方法を説明したものである。   Next, the structure of the semiconductor device and the electronic system according to the present embodiment and the manufacturing method thereof will be described. 19 to 42 illustrate the structure and manufacturing method of the semiconductor device and electronic system related to the circuit board.

図19は、本発明の好ましい実施形態による半導体装置(複数のチップを含む)の構造を示す模式的な構造図を上から見た図である。   FIG. 19 is a top view of a schematic structural diagram showing the structure of a semiconductor device (including a plurality of chips) according to a preferred embodiment of the present invention.

図19に示すように、本実施形態による半導体装置は、絶縁基板50(第4の基板)の上に複数の機能素子である複数の半導体チップ(第1乃至第7チップ)が搭載される。絶縁基板50は、周知の材料及び製法で構成される。絶縁基板上には、それぞれが複数の配線層51(絶縁基板配線)が形成される複数の配線を含む。配線層51は、周知の材料及び製法で構成される。半導体装置は、外部と通信する外部端子群1、2を有する。外部端子群は、配線層51と同一構造である。外部端子群1、2は、絶縁基板50の上面(第1乃至第7チップが搭載されている側の面)に形成されている必要はなく、絶縁基板50の裏面に形成されていても構わない。図19においては外部端子群1、2を破線で示しており、これは、外部端子群1、2が絶縁基板50の裏面に形成されていることを意味する。この点は、図32,33,35,37においても同様である。   As shown in FIG. 19, in the semiconductor device according to the present embodiment, a plurality of semiconductor chips (first to seventh chips) as a plurality of functional elements are mounted on an insulating substrate 50 (fourth substrate). The insulating substrate 50 is made of a known material and manufacturing method. A plurality of wirings each including a plurality of wiring layers 51 (insulating substrate wirings) are included on the insulating substrate. The wiring layer 51 is made of a known material and manufacturing method. The semiconductor device has external terminal groups 1 and 2 that communicate with the outside. The external terminal group has the same structure as the wiring layer 51. The external terminal groups 1 and 2 do not have to be formed on the upper surface of the insulating substrate 50 (the surface on which the first to seventh chips are mounted), and may be formed on the rear surface of the insulating substrate 50. Absent. In FIG. 19, the external terminal groups 1 and 2 are indicated by broken lines, which means that the external terminal groups 1 and 2 are formed on the back surface of the insulating substrate 50. This also applies to FIGS. 32, 33, 35, and 37.

本実施形態による半導体装置は、第1、2及び第6のチップで構成された第1のシステム、並びに第3、4、5及び第7のチップで構成された第2のシステムを有する。第1のチップ(第1の基板)と第2のチップ(第2の基板)は積層される。第3、4及び第5のチップは、積層される。第1のチップ、第3のチップ(第1の基板)及び第4のチップ(第5の基板)は、前述した回路基板である。第3のチップと第4のチップは、同一の機能を有する半導体チップである。第6のチップ(第3の基板)は、第1及び第2のチップ並びに外部端子群1を介して半導体装置の外部とそれぞれ通信する。第7のチップ(第3の基板)は、第3乃至第5のチップ並びに外部端子群2を介して半導体装置の外部とそれぞれ通信する。第3、4、5及び第7のチップで構成された第2のシステムの電気的な接続構成は、図20に示される。第1、2及び第6のチップで構成された第1のシステムの電気的な接続構成は、不図示であるが、第2のシステムと同様である。故に、この半導体装置は、2つのシステムを有する例である。   The semiconductor device according to the present embodiment has a first system composed of first, second and sixth chips, and a second system composed of third, fourth, fifth and seventh chips. The first chip (first substrate) and the second chip (second substrate) are stacked. The third, fourth and fifth chips are stacked. The first chip, the third chip (first substrate), and the fourth chip (fifth substrate) are the circuit boards described above. The third chip and the fourth chip are semiconductor chips having the same function. The sixth chip (third substrate) communicates with the outside of the semiconductor device via the first and second chips and the external terminal group 1, respectively. The seventh chip (third substrate) communicates with the outside of the semiconductor device via the third to fifth chips and the external terminal group 2, respectively. The electrical connection configuration of the second system composed of the third, fourth, fifth and seventh chips is shown in FIG. The electrical connection configuration of the first system including the first, second, and sixth chips is not shown, but is the same as that of the second system. Therefore, this semiconductor device is an example having two systems.

図20に示すように、本実施形態による第2のシステムは、CPU(プロセッサ:第7チップ)の命令信号をNANDフラッシュメモリ(第3、第4チップ)の動作信号に変換するための制御回路チップ(第5チップ)との接続状態を示した一例である。それぞれの記号は表1に示すとおりである。なお、Other-a,-bは非公開の特別な信号である(不図示)。
As shown in FIG. 20, the second system according to the present embodiment is a control circuit for converting an instruction signal of a CPU (processor: seventh chip) into an operation signal of a NAND flash memory (third and fourth chips). It is an example which showed the connection state with a chip | tip (5th chip | tip). Each symbol is as shown in Table 1. Other-a and -b are undisclosed special signals (not shown).

CPUは、汎用のI/O制御信号(GPIO)ピン、アドレス指定ピンA0〜An、読み出し/書き込みピンRD/_WRなどの制御ピンで構成されている。しかし、NANDフラッシュメモリは読み出しや書き込みをシーケンシャルに実行するため、CPU命令とは異なったステップで実行しなければならず、制御回路(第5チップ)が必要である。メモリにアクセスするには、まず所定のコマンドを投入してから、メモリのアドレスを必要サイクル分投入する。そのうえで必要なデータの読み出しや書き込みが実行できる。制御回路がNANDフラッシュメモリを適切に実行させ、CPUの命令に従ったNANDメモリのタスクを実行する。これで分かることは、CPUとNANDフラッシュメモリ間の接続配線a、CPUと制御回路間の接続配線b、及び制御回路とNANDフラッシュメモリ間の接続配線c、並びにCPU、制御回路、NANDフラッシュメモリの3者間で共有する接続配線dがある。   The CPU includes control pins such as general-purpose I / O control signal (GPIO) pins, address specification pins A0 to An, and read / write pins RD / _WR. However, since the NAND flash memory sequentially executes reading and writing, it must be executed in steps different from the CPU instruction, and a control circuit (fifth chip) is required. In order to access the memory, first a predetermined command is input, and then the memory address is input for a necessary cycle. In addition, necessary data can be read and written. The control circuit properly executes the NAND flash memory and executes the NAND memory task according to the CPU instruction. This shows that the connection wiring a between the CPU and the NAND flash memory, the connection wiring b between the CPU and the control circuit, the connection wiring c between the control circuit and the NAND flash memory, and the CPU, control circuit, and NAND flash memory. There is a connection wiring d shared between the three parties.

図19に戻り、接続配線a、接続配線b及び接続配線dは、それぞれ複数の配線層51(a、b−1乃至b−3、d−1、d−2、e−1)で示される。接続配線c(c−1乃至c−7)は、前述の配線層21若しくはボンディングワイヤ、またはそれらの組み合わせで示される。尚、図面の紙上、それら配線本数は少なく表現している。よって、対応するそれぞれのチップに含まれるチップ取り出し電極(内部端子電極)2の数も実際の製品の数よりも少なく表記している。複数の内部端子電極2は、図19においては、白枠で示されるD1乃至D10、E1乃至E10及びF1乃至F12で示される。尚、配線層21は、第1の端部21a、第2の端部21b及び再配線部21cを含む。図19においては、第1の端部21aと第2の端部21bはグレーの枠で示されるGとHの符号で示され、再配線部21cは点線または一点鎖線で示される。再配線部21cは、第1の端部21aと第2の端部21b、若しくは第1の端部21a同士、または第2の端部21b同士を接続する。第3のチップと第4のチップのそれぞれの表面に形成する配線層21は同一のパターンである。ボンディングワイヤについて、内部端子電極2間を接続する、または内部端子電極2及び第1の端部21a、第2の端部21bをそれぞれ接続するボンディングワイヤは、細い線と太い線のいずれかで示される。   Returning to FIG. 19, the connection wiring a, the connection wiring b, and the connection wiring d are each represented by a plurality of wiring layers 51 (a, b-1 to b-3, d−1, d−2, e−1). . The connection wiring c (c-1 to c-7) is indicated by the above-described wiring layer 21 or bonding wire, or a combination thereof. Note that the number of wirings is reduced on the drawing paper. Therefore, the number of chip take-out electrodes (internal terminal electrodes) 2 included in each corresponding chip is also shown smaller than the actual number of products. The plurality of internal terminal electrodes 2 are indicated by D1 to D10, E1 to E10, and F1 to F12 indicated by white frames in FIG. The wiring layer 21 includes a first end portion 21a, a second end portion 21b, and a rewiring portion 21c. In FIG. 19, the first end portion 21a and the second end portion 21b are indicated by symbols G and H indicated by gray frames, and the rewiring portion 21c is indicated by a dotted line or a one-dot chain line. The rewiring part 21c connects the first end 21a and the second end 21b, or the first ends 21a, or the second ends 21b. The wiring layer 21 formed on the surface of each of the third chip and the fourth chip has the same pattern. As for the bonding wires, the bonding wires connecting between the internal terminal electrodes 2 or connecting the internal terminal electrode 2 and the first end portion 21a and the second end portion 21b are shown by either a thin line or a thick line. It is.

第1のチップと第2のチップ間との接続、及びそれらと配線層51との接続について詳述する。第1のチップは、複数のチップ取り出し電極(内部端子電極)2を有する。それらは、白枠で示されるA1乃至A5で示される。第1のチップの表面には、第1の端部21a(第2のノード)、第2の端部21b(第1のノード)及び再配線部21c(第1または第2の配線)を含む再配線が形成される。第2のチップは、複数のチップ取り出し電極(内部端子電極)2を有する。それらは、白枠で示されるB1乃至B6で示される。取り出し電極(内部端子電極)2(A1)は、図2の様に第1の端部21a(C2)と接続する。図面の都合上、白枠とグレーの枠を少しずらして表現している。第1の構造形式として、取り出し電極(内部端子電極)2(B1)は、第2の端部21b(C1;第1のノード)とボンディングワイヤ(第1のボンディングワイヤ)で接続する。以降、図面上においては、曲線で描画された実線のシンボルがボンディングワイヤを示している。尚、細い実線と太い実線とがあるが、その意味は後述する。取り出し電極(内部端子電極)2(A1)は、第1の端部21a(C2;第2のノード)と接続する。取り出し電極(内部端子電極)2(A5)は、第1の端部21a(C12)と接続する。取り出し電極(内部端子電極)2(B6)は、第2の端部21b(C11)と接続する。これらについて、X−1からX−2のラインで表現した断面図を図21で示す。ボンディングワイヤ40は、周知の材料、構造(その断面は円形、円状)、手法で形成される。第1と第2のチップ間には、接着剤42が形成される。絶縁膜43は、ボンディングワイヤ40を保護する。これは、後の第1のチップで構成される第1のウェハがスクラインライン41でダイシングする工程に必要な保護膜である。保護絶縁膜8は、不図示である。再配線は、前述のメタルマスクとイオンプレーティング及びメタルマスクのリフトオフによって形成され、特殊な構造を有する。それらは、第1のチップの表面に垂直な方向から見たエッジ部を含み、第1のチップと接するエッジ部における再配線である配線層の第1のチップの表面と垂直な断面の角度が55°以下である。例えば、スクライブライン41側の配線層21の終端の形状で示される。さらに、配線層21は、第1のチップの表面方向とは異なる方向に伸びる柱状の塊の集合体によって構成されている。尚、配線層21は、好ましくはアルミAlを主成分とする金属であり、Si、Ti、Cuなどの副金属が少量混入し、パシベーション膜への接着力を高めると共に大電流によるエレクトロマイグレーション耐性、耐食性を高めた。Alの金属性が確保された範囲の副金属の混入範囲である。特に、Alは一般的なWLPにて用いられるメッキ法では形成することができない金属材料であるが、イオンプレーティング法によれば、金属の種類にかかわらず成膜可能である。また、一例として、配線層21の厚さは、0.5〜2ミクロンメータとするが、前述のように0.2〜10ミクロンメータでもよい。接着剤は、一例として、ダイボンディング剤(ペースト状)である金属粉末などの混入されたエポキシ、あるいはシリコーン樹脂である。尚、本発明において「主成分」とは、重量比で最も比率の多い材料を指し、好ましくは、重量比が50%以上である材料を指す。   The connection between the first chip and the second chip and the connection between them and the wiring layer 51 will be described in detail. The first chip has a plurality of chip take-out electrodes (internal terminal electrodes) 2. They are indicated by A1 to A5 indicated by white frames. The surface of the first chip includes a first end portion 21a (second node), a second end portion 21b (first node), and a rewiring portion 21c (first or second wiring). A rewiring is formed. The second chip has a plurality of chip take-out electrodes (internal terminal electrodes) 2. They are indicated by B1 to B6 indicated by white frames. The extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (A1) is connected to the first end 21a (C2) as shown in FIG. For the convenience of the drawing, the white frame and the gray frame are slightly shifted. As a first structure type, the extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (B1) is connected to the second end 21b (C1; first node) by a bonding wire (first bonding wire). Hereinafter, in the drawings, a solid line symbol drawn by a curve indicates a bonding wire. There are a thin solid line and a thick solid line, the meaning of which will be described later. The extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (A1) is connected to the first end 21a (C2; second node). The extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (A5) is connected to the first end portion 21a (C12). The extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (B6) is connected to the second end 21b (C11). FIG. 21 shows a cross-sectional view of these components expressed by lines X-1 to X-2. The bonding wire 40 is formed by a known material, structure (circular and circular in cross section) and technique. An adhesive 42 is formed between the first and second chips. The insulating film 43 protects the bonding wire 40. This is a protective film necessary for the process of dicing the first wafer constituted by the first chip later along the scline line 41. The protective insulating film 8 is not shown. The rewiring is formed by the above-described metal mask, ion plating, and metal mask lift-off, and has a special structure. They include an edge portion viewed from a direction perpendicular to the surface of the first chip, and an angle of a cross section perpendicular to the surface of the first chip of the wiring layer, which is a rewiring in the edge portion in contact with the first chip, is provided. It is 55 degrees or less. For example, it is shown by the shape of the end of the wiring layer 21 on the scribe line 41 side. Further, the wiring layer 21 is constituted by an aggregate of columnar chunks extending in a direction different from the surface direction of the first chip. The wiring layer 21 is preferably a metal mainly composed of aluminum Al, and a small amount of sub-metal such as Si, Ti, and Cu is mixed therein to increase the adhesion to the passivation film and to resist electromigration due to a large current. Increased corrosion resistance. This is the range in which secondary metals are mixed in a range where the metallicity of Al is ensured. In particular, Al is a metal material that cannot be formed by a plating method used in general WLP, but can be formed by an ion plating method regardless of the type of metal. As an example, the thickness of the wiring layer 21 is 0.5 to 2 micrometers, but may be 0.2 to 10 micrometers as described above. The adhesive is, for example, an epoxy mixed with metal powder or the like, which is a die bonding agent (paste), or a silicone resin. In the present invention, the “main component” refers to a material having the largest weight ratio, and preferably refers to a material having a weight ratio of 50% or more.

図19に戻り、第2の構造形式として、取り出し電極(内部端子電極)2(B2)は、第2の端部21b(C3)とボンディングワイヤ(第2のボンディングワイヤ)で接続する。第1の配線層51(絶縁基板配線;f)は、第2の端部21b(C4)とボンディングワイヤ(第3のボンディングワイヤ)で接続する。これらについて、X−3からX−4のラインで表現した断面図を図22で示す。   Returning to FIG. 19, as a second structure type, the extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (B2) is connected to the second end 21b (C3) by a bonding wire (second bonding wire). The first wiring layer 51 (insulating substrate wiring; f) is connected to the second end 21b (C4) by a bonding wire (third bonding wire). FIG. 22 shows a cross-sectional view of these, which is expressed by lines X-3 to X-4.

第3の構造形式として、取り出し電極(内部端子電極)2(A3)は、第1の端部21a(C9)と接続する。第2の配線層51(絶縁基板配線;f)は、第2の端部21b(C6)と接続する。これらについて、X−5からX−6のラインで表現した断面図を図23で示す。配線層21は、第1のチップと第2のチップ間に配置され、第1の端部21a(C9)と第2の端部21b(C6)と接続する。これらについて、X−5からX−6のラインで表現した断面図を図23で示す。   As a third structure type, the extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (A3) is connected to the first end 21a (C9). The second wiring layer 51 (insulating substrate wiring; f) is connected to the second end portion 21b (C6). FIG. 23 shows a cross-sectional view of these expressed by lines X-5 to X-6. The wiring layer 21 is disposed between the first chip and the second chip, and is connected to the first end 21a (C9) and the second end 21b (C6). FIG. 23 shows a cross-sectional view of these expressed by lines X-5 to X-6.

第4の構造形式として、第3の配線層51(絶縁基板配線;f)は、取り出し電極(内部端子電極)2(A2)、第2の端部21b(C7)及び第2の端部21b(C8)を介して取り出し電極(内部端子電極)2(B3)と接続する。   As a fourth structure type, the third wiring layer 51 (insulating substrate wiring; f) includes an extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (A2), a second end 21b (C7), and a second end 21b. The lead electrode (internal terminal electrode) 2 (B3) is connected via (C8).

第5の構造形式として、第4の配線層51(絶縁基板配線;f)は、第2の端部21b(C5)と接続する。取り出し電極(内部端子電極)2(B4)は、第2の端部21b(C10)を介して第2の端部21b(C5)と接続する。これは、第2と第3の構造形式の応用である。   As a fifth structure type, the fourth wiring layer 51 (insulating substrate wiring; f) is connected to the second end portion 21b (C5). The extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (B4) is connected to the second end 21b (C5) via the second end 21b (C10). This is an application of the second and third structural types.

第3のチップ、第4のチップ及び第5のチップ間の接続、及びそれらと配線層51との接続について詳述する。基本的には、第1と第2のチップ間の接続と同様であるが、それらに開示されていない部分を詳述する。   The connection between the third chip, the fourth chip, and the fifth chip, and the connection between them and the wiring layer 51 will be described in detail. Basically, it is the same as the connection between the first and second chips, but the parts not disclosed in them will be described in detail.

第6の構造形式として、第5の配線層51(絶縁基板配線;d−1)は、第2の端部21b(G5)、取り出し電極(内部端子電極)2(E1)と接続する。取り出し電極(内部端子電極)2(D1)は、第1の端部21a(G6)を介して第2の端部21b(G5)と接続する。取り出し電極(内部端子電極)2(F2)は、第2の端部21b(G2)を介して第2の端部21b(G5)と接続する。尚、第4のチップは、第3のチップ同様に配線層21と2つの第2の端部21b(G2)(G5)を有するが、それらは使用されない。第4のチップが有する取り出し電極(内部端子電極)2(E1)は、実質的に第4のチップの第2の端部21b(G6;不図示)に接続する。   As a sixth structure type, the fifth wiring layer 51 (insulating substrate wiring; d-1) is connected to the second end 21b (G5) and the extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (E1). The extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (D1) is connected to the second end 21b (G5) via the first end 21a (G6). The extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (F2) is connected to the second end 21b (G5) via the second end 21b (G2). Although the fourth chip has the wiring layer 21 and the two second end portions 21b (G2) and (G5) as in the third chip, they are not used. The extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (E1) of the fourth chip is substantially connected to the second end portion 21b (G6; not shown) of the fourth chip.

第7の構造形式として、第6の配線層51(絶縁基板配線;d−2)は、第2の端部21b(G7)、取り出し電極(内部端子電極)2(D2)及び取り出し電極(内部端子電極)2(E2)と接続する。取り出し電極(内部端子電極)2(F3)は、第2の端部21b(G3)を介して第2の端部21b(G7)と接続する。第4のチップは、第3のチップ同様に配線層21と2つの第2の端部21b(G3(H3))(G7(H7))を有するが、それらは使用しない。以下同様である。   As the seventh structure type, the sixth wiring layer 51 (insulating substrate wiring; d-2) includes the second end 21b (G7), the extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (D2), and the extraction electrode (internal Terminal electrode) 2 (E2). The extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (F3) is connected to the second end 21b (G7) via the second end 21b (G3). Like the third chip, the fourth chip includes the wiring layer 21 and the two second end portions 21b (G3 (H3)) (G7 (H7)), but they are not used. The same applies hereinafter.

第8の構造形式として、2つの取り出し電極(内部端子電極)2(D5)(E4)は、第2の端部21b(G10)及び第2の端部21b(G9)を介して取り出し電極(内部端子電極)2(F4)と接続する。これらは、接続配線c(c−1)で示される。   As an eighth structure type, the two extraction electrodes (internal terminal electrodes) 2 (D5) (E4) are connected to the extraction electrodes (via the second end portion 21b (G10) and the second end portion 21b (G9)). Internal terminal electrode) 2 (F4). These are indicated by a connection wiring c (c-1).

第9の構造形式として、2つの取り出し電極(内部端子電極)2(F5)(E5)間は、第2の端部21b(G11)及び第2の端部21b(G12)を介して接続する。これらは、接続配線c(c−2)で示される。F5とG11は、ボンディングワイヤ(第5のボンディングワイヤ)で接続する。E5とD5は、ボンディングワイヤ(第6のボンディングワイヤ)で接続する。   As a ninth structure type, the two extraction electrodes (internal terminal electrodes) 2 (F5) (E5) are connected via the second end 21b (G11) and the second end 21b (G12). . These are indicated by the connection wiring c (c-2). F5 and G11 are connected by a bonding wire (fifth bonding wire). E5 and D5 are connected by a bonding wire (sixth bonding wire).

第10の構造形式として、2つの取り出し電極(内部端子電極)2(F6)(D6)間は、第2の端部21b(G13)及び第2の端部21b(G14)を介して接続する。これらは、接続配線c(c−3)で示される。   As a tenth structure type, the two extraction electrodes (internal terminal electrodes) 2 (F6) (D6) are connected via the second end 21b (G13) and the second end 21b (G14). . These are indicated by a connection wiring c (c-3).

第11の構造形式として、2つの取り出し電極(内部端子電極)2(E10)(D10)は、それぞれ対応する第1の端部21a(H16)(G16)及び第1の端部21a(H15)(G15)を介して取り出し電極(内部端子電極)2(F11)に接続する。2つの取り出し電極(内部端子電極)2(E9)(D9)は、それぞれ対応する第1の端部21a(H15)(G15)を介して取り出し電極(内部端子電極)2(F11)に接続する。これらは、接続配線c(c−7)で示される。2つの第1の端部21a(H15)(H16)間は、第4のチップの表面に形成された再配線部21c(一点鎖線)によって、接続される。その再配線部21c(一点鎖線)は、第3のチップと第4のチップ間に配置する。2つの第1の端部21a(G15)(G16)間は、第3のチップの表面に形成された再配線部21c(点線)によって、接続される。その再配線部21c(点線)は、第3のチップと第5のチップ間に配置する。その他の構造形式として、配線層51(絶縁基板配線;a)は、取り出し電極(内部端子電極)2(E3)とボンディングワイヤ(第7のボンディングワイヤ)で接続し、また、配線層51(絶縁基板配線;a)は、取り出し電極(内部端子電極)2(D3)とボンディングワイヤで接続する。配線層51(絶縁基板配線;b−3)は、取り出し電極(内部端子電極)2(F10)とボンディングワイヤ(第4のボンディングワイヤ)で接続する。   As the eleventh structure type, the two extraction electrodes (internal terminal electrodes) 2 (E10) and (D10) are respectively corresponding to the first end 21a (H16) (G16) and the first end 21a (H15). It connects to the extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (F11) via (G15). The two extraction electrodes (internal terminal electrodes) 2 (E9) and (D9) are connected to the extraction electrodes (internal terminal electrodes) 2 (F11) via the corresponding first end portions 21a (H15) (G15), respectively. . These are indicated by a connection wiring c (c-7). The two first end portions 21a (H15) and (H16) are connected by a rewiring portion 21c (one-dot chain line) formed on the surface of the fourth chip. The rewiring part 21c (dashed line) is arranged between the third chip and the fourth chip. The two first end portions 21a (G15) and (G16) are connected by a rewiring portion 21c (dotted line) formed on the surface of the third chip. The rewiring portion 21c (dotted line) is disposed between the third chip and the fifth chip. As another structural form, the wiring layer 51 (insulating substrate wiring; a) is connected to the extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (E3) with a bonding wire (seventh bonding wire), and the wiring layer 51 (insulation) The substrate wiring; a) is connected to the extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (D3) by a bonding wire. The wiring layer 51 (insulating substrate wiring; b-3) is connected to the extraction electrode (internal terminal electrode) 2 (F10) by a bonding wire (fourth bonding wire).

第1のチップについて、図24、図25で詳述する。図24は、第1のチップの表面に形成された第1の端部21a、第2の端部21b及び再配線部21cを含む再配線の上面図である。図25は、それぞれ再配線が形成された複数の第1のチップで構成するウェハ(第1のウェハ)状態の上面図である。これらの構造、及び製造方法の特徴は、前述のとおりである。よって、図24で示される一つの第1のチップは、第1のウェハにおける状態において一つの第1のチップを拡大した図である。   The first chip will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 24 is a top view of the rewiring including the first end 21a, the second end 21b, and the rewiring portion 21c formed on the surface of the first chip. FIG. 25 is a top view of a wafer (first wafer) state formed of a plurality of first chips each having a rewiring formed thereon. The characteristics of these structures and manufacturing methods are as described above. Therefore, one first chip shown in FIG. 24 is an enlarged view of one first chip in the state of the first wafer.

第3と第4のチップについて、図26、図27で詳述する。図26と図27は、それぞれ第3のチップと第4のチップの表面に形成された第1の端部21a、第2の端部21b及び再配線部21cを含む再配線の上面図である。この実施例においては、同一機能のチップとしているので、それらの再配線は同一のレイアウトパターンであり、符号が異なるのみである。図26で示される第3のチップ(第4のチップ)は、第1のウェハ(図25)同様に再配線が形成された複数の第3のチップで構成するウェハ(第2のウェハ)であり、一つの第3のチップを拡大したものである。図27も同様である。ダイシング工程にて、一つの第2のウェハからダイシングされたチップを、第3と第4のチップと定義してもよい。   The third and fourth chips will be described in detail with reference to FIGS. 26 and 27 are top views of rewiring including the first end 21a, the second end 21b, and the rewiring portion 21c formed on the surfaces of the third chip and the fourth chip, respectively. . In this embodiment, since the chips have the same function, the rewirings have the same layout pattern, and only the signs are different. The third chip (fourth chip) shown in FIG. 26 is a wafer (second wafer) composed of a plurality of third chips on which rewirings are formed in the same manner as the first wafer (FIG. 25). Yes, it is an enlargement of one third chip. The same applies to FIG. Chips diced from one second wafer in the dicing step may be defined as third and fourth chips.

第1の製造方法に係わる第3と第5のチップについて、図28、図29及び図30で詳述する。図28は、第3のチップに第5のチップを接着剤で積層に形成した上面図である。正確には、第3のチップの表面に形成された再配線の上に接着剤を介して第5のチップが積層する。これら図28、図29及び図30においても、第3のチップは、第2のウェハにおける状態において一つの第3のチップを拡大したものである、ことに注意が必要である。図29は、第3のチップと第5のチップ間をボンディングワイヤで接続した上面図である。8か所において、それぞれボンディングワイヤリングしている。この実施例の説明において、ボンディングワイヤは、名称として単一名詞で扱っている。また前記ボンディングワイヤは、ワイヤボンディングと呼ぶことがある。図30は、8か所のボンディングワイヤを絶縁膜(網掛け)で保護した上面図である。第2のウェハをダイシングする工程、または試験工程においてボンディングワイヤの欠損を防止する。この後、複数の第5のチップが積層された第2のウェハは、ダイシングされ、積層された一つの個別チップとなる。   The third and fifth chips relating to the first manufacturing method will be described in detail with reference to FIG. 28, FIG. 29 and FIG. FIG. 28 is a top view in which the fifth chip is laminated on the third chip with an adhesive. Precisely, the fifth chip is laminated on the rewiring formed on the surface of the third chip via an adhesive. In FIGS. 28, 29 and 30, it should be noted that the third chip is an enlargement of one third chip in the state of the second wafer. FIG. 29 is a top view in which the third chip and the fifth chip are connected by a bonding wire. Bonding wiring is performed at 8 locations. In the description of this embodiment, the bonding wire is treated as a single noun as a name. The bonding wire may be referred to as wire bonding. FIG. 30 is a top view in which eight bonding wires are protected by insulating films (shaded). In the process of dicing the second wafer or the test process, the bonding wire is prevented from being lost. Thereafter, the second wafer on which the plurality of fifth chips are stacked is diced into one stacked individual chip.

第1のチップ乃至第5のチップについて、図31で詳述する。第4のチップの上に第3のチップが積層される。第3のチップの上に、それぞれ第1のチップと第5のチップが積層される。第1のチップの上に第2のチップが積層される。正確には、第3のチップと第5のチップがボンディングワイヤでワイヤリングされて積層された一つの第1の個別チップが、第4のチップに積層される。第1のチップと第2のチップがボンディングワイヤでワイヤリングされて積層された一つの第2の個別チップが、第3のチップに積層される。尚、第4のチップは、第1の端部21a、第2の端部21b及び再配線部21cを含む再配線が表面に形成された第2のウェハをダイシングして得られた個別のチップである。さらに、その後の工程において、第3と第4のチップは積層する。第3のチップは、少なくとも一部の第4のチップの取り出し電極(内部端子電極)2、第1の端部21a及び第2の端部21bが露出するように、第4のチップに積層される。その露出の意義は、絶縁基板配線51、その他のチップの取り出し電極(内部端子電極)2、第1の端部21a及び第2の端部21bの少なくとも一つとの接続のためである。   The first to fifth chips will be described in detail with reference to FIG. A third chip is stacked on the fourth chip. A first chip and a fifth chip are stacked on the third chip, respectively. A second chip is stacked on the first chip. Precisely, one first individual chip in which the third chip and the fifth chip are stacked by bonding with a bonding wire is stacked on the fourth chip. One second individual chip in which the first chip and the second chip are stacked by bonding with a bonding wire is stacked on the third chip. The fourth chip is an individual chip obtained by dicing a second wafer on the surface of which a rewiring including a first end 21a, a second end 21b, and a rewiring portion 21c is formed. It is. Further, in the subsequent process, the third and fourth chips are stacked. The third chip is laminated on the fourth chip so that the extraction electrode (internal terminal electrode) 2, the first end 21a, and the second end 21b of at least a part of the fourth chip are exposed. The The significance of the exposure is for connection to at least one of the insulating substrate wiring 51, the extraction electrode (internal terminal electrode) 2 of the other chip, the first end portion 21a, and the second end portion 21b.

半導体装置について、図32及び図33で詳述する。図32においては、第4のチップ(正確には、積層された第1のチップ乃至第5のチップ)が、絶縁基板50の上に搭載される。それぞれのチップまたはそれぞれのチップに関連する複数の再配線が、複数の絶縁基板配線51と複数のボンディングワイヤ(太い実線)で接続される。第4のチップまたは第4のチップに関連する再配線が、第3及び第5のチップと複数のボンディングワイヤ(太い実線)で接続される。図33においては、第1のチップ乃至第7のチップが、それぞれ絶縁膜(網掛け)で保護されている。   The semiconductor device will be described in detail with reference to FIGS. In FIG. 32, the fourth chip (more precisely, the stacked first chip to fifth chip) is mounted on the insulating substrate 50. Each chip or a plurality of rewirings related to each chip is connected to a plurality of insulating substrate wirings 51 by a plurality of bonding wires (thick solid lines). The fourth chip or the rewiring associated with the fourth chip is connected to the third and fifth chips by a plurality of bonding wires (thick solid lines). In FIG. 33, the first to seventh chips are each protected by an insulating film (shaded).

第2の製造方法に係わる第1のチップ乃至第5のチップについて、図34、図35で詳述する。図34においては、それぞれのウェハからダイシングされた第1のチップ乃至第5のチップが、積層される。当然、第1、第3及び第4のチップのそれぞれの表面には、再配線が形成されている。第1の製造方法が、再配線を含むウェハの状態で異なるチップを積層してボンディングワイヤを敷設し、その後ダイシングするのに対して、第2の製造方法では、まず最初にそれぞれ再配線を含むウェハをダイシングして、それぞれの異なるチップを積層している。   The first to fifth chips related to the second manufacturing method will be described in detail with reference to FIGS. In FIG. 34, the first to fifth chips diced from the respective wafers are stacked. Naturally, rewiring is formed on the respective surfaces of the first, third and fourth chips. In the first manufacturing method, different chips are stacked in a wafer state including rewiring, bonding wires are laid, and then dicing is performed. On the other hand, in the second manufacturing method, first, rewiring is included. The wafer is diced to stack different chips.

図35(半導体装置)においては、第4のチップ(正確には、積層された第1のチップ乃至第5のチップ)が、絶縁基板50の上に搭載され、それぞれ複数の絶縁基板配線51と複数のボンディングワイヤで接続される。第1のチップ乃至第5のチップ間は、それぞれ複数のボンディングワイヤで接続される。すべてのボンディングワイヤが太い実線であることに注意が必要である。それは、すべてのボンディングワイヤが、一工程にて敷設されるからである。第1のチップ乃至第7のチップが、それぞれ絶縁膜で保護されている。   In FIG. 35 (semiconductor device), a fourth chip (precisely, stacked first to fifth chips) is mounted on an insulating substrate 50, and a plurality of insulating substrate wirings 51 and Connected with multiple bonding wires. The first chip to the fifth chip are each connected by a plurality of bonding wires. Note that all bonding wires are thick solid lines. This is because all bonding wires are laid in one step. The first chip to the seventh chip are each protected by an insulating film.

第3の製造方法に係わる第1のチップ乃至第5のチップについて、図36で詳述する。図36においては、最初に、それぞれのウェハからダイシングされた第1のチップ乃至第5のチップが、積層される。当然、第1、第3及び第4のチップのそれぞれの表面には、再配線が形成されている。第1のチップと第2のチップ間が、ボンディングワイヤ(細い実線)で接続される。さらに、第3のチップと第5のチップ間が、ボンディングワイヤ(細い実線)で接続される。それらボンディングワイヤは、絶縁膜(網掛け)で保護される。第2の製造方法が、第4のチップ(正確には、積層された第1のチップ乃至第5のチップ)を絶縁基板50の上に搭載し、それぞれ複数の絶縁基板配線51と複数のボンディングワイヤで接続するのに対して、第3の製造方法では、第4のチップ(正確には、積層された第1のチップ乃至第5のチップ)を絶縁基板50の上に搭載する前に一部のボンディンワイヤを敷設し、保護膜を設けている。この一部のボンディングワイヤを敷設した状態において、第4のチップ(正確には、積層された第1のチップ乃至第5のチップ)を試験した後、良品のみを絶縁基板50に搭載する。   The first to fifth chips relating to the third manufacturing method will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 36, first to fifth chips diced from the respective wafers are stacked. Naturally, rewiring is formed on the respective surfaces of the first, third and fourth chips. The first chip and the second chip are connected by a bonding wire (thin solid line). Further, the third chip and the fifth chip are connected by a bonding wire (thin solid line). These bonding wires are protected by an insulating film (shaded). In the second manufacturing method, the fourth chip (more precisely, the stacked first chip to fifth chip) is mounted on the insulating substrate 50, and a plurality of insulating substrate wirings 51 and a plurality of bondings are respectively mounted. In contrast to the connection by wires, in the third manufacturing method, the fourth chip (precisely, the stacked first chip to fifth chip) is one before being mounted on the insulating substrate 50. Bonding wires are laid and a protective film is provided. In a state where a part of the bonding wires is laid, after testing the fourth chip (more precisely, the first to fifth chips stacked), only the non-defective product is mounted on the insulating substrate 50.

図37は、本発明の好ましい実施形態による複数の半導体装置(それぞれ複数のチップを含む)と電子システムの構造を示す模式的な構造図を上から見た図である。電子システムは、第1乃至第3の半導体装置(それぞれ半導体装置1,2,3)を含む。第1の半導体装置は、それぞれ絶縁基板52に敷設された外部端子群1、2を介して半導体装置2,3と通信する。半導体装置2、3は、それぞれ絶縁基板50に敷設された外部端子群3,4を介して外部と通信する。外部端子群1、2の一部分は、絶縁基板52の裏面に敷設してもよい。図19で示される半導体装置が一つの部品として顧客に提供されるのに対して、図37で示される第1の半導体装置が一つの部品として顧客に提供される。例えば、顧客は異なる供給元からそれぞれ購入した第1乃至第3の半導体装置を一つのシステムとして製造し、電子部品の最終製品としてエンドユーザに提供される。第2、第3の半導体装置も第1の半導体装置と同様な本願の特徴を適用することができる。よって、電子システムにおいても、それは本願の特徴を含む。   FIG. 37 is a top view of a schematic structural diagram showing the structure of a plurality of semiconductor devices (each including a plurality of chips) and an electronic system according to a preferred embodiment of the present invention. The electronic system includes first to third semiconductor devices (semiconductor devices 1, 2, 3 respectively). The first semiconductor device communicates with the semiconductor devices 2 and 3 via the external terminal groups 1 and 2 laid on the insulating substrate 52, respectively. The semiconductor devices 2 and 3 communicate with the outside through external terminal groups 3 and 4 laid on the insulating substrate 50, respectively. A part of the external terminal groups 1 and 2 may be laid on the back surface of the insulating substrate 52. The semiconductor device shown in FIG. 19 is provided to the customer as one component, whereas the first semiconductor device shown in FIG. 37 is provided to the customer as one component. For example, a customer manufactures first to third semiconductor devices purchased from different suppliers as one system, and provides them to end users as final products of electronic components. The features of the present application similar to those of the first semiconductor device can be applied to the second and third semiconductor devices. Thus, even in an electronic system, it includes the features of the present application.

次に、本実施形態による半導体装置及び電子システムの製造方法について説明する。図38は第1の製造方法、図39は第2の製造方法、図40は第3の製造方法である。第1乃至第3の製造法方法において、図24乃至図27は、共通である。   Next, the semiconductor device and electronic system manufacturing method according to the present embodiment will be explained. FIG. 38 shows the first manufacturing method, FIG. 39 shows the second manufacturing method, and FIG. 40 shows the third manufacturing method. In the first to third manufacturing methods, FIGS. 24 to 27 are common.

第1の製造方法(図38)は、図28乃至図33に対応する。ステップ201にて、ウェハに電子回路を形成する。この工程は、前述のようにフォトリソグラフィー法(レジスト塗布、露光、現像、レジスト剥離)により形成される。これは異なるベンダーから購入する場合がある。ステップ202にて、前述した本願の特徴であるウェハ上に再配線等を形成する。ステップ203にて、異なるチップを再配線が形成されたウェハ(回路基板)に接着材等で積層する。ダイボンディング剤(ペースト状)である金属粉末などの混入されたエポキシ、あるいはシリコーン樹脂を印刷法でウエハ上に形成した後、異なるチップを搭載し、樹脂硬化させる。ステップ204(第1のボンディングワイヤ工程)にて、積層されたチップとウェハとをボンディングワイヤ(ワイヤボンディング)で接続する。ステップ205(第1のボンディングワイヤ保護膜形成工程)にて、そのボンディングワイヤの領域を保護膜で覆う。その保護膜は、有機系の被覆剤をポッティング等で行い、硬化させる。ステップ206にて、ウェハをダイシングして複数の積層したチップに分離する。ステップ207にて、半導体装置の絶縁基板50に接着剤等で接続する。接着剤は、一例として、ダイボンディング剤(ペースト状)である金属粉末などの混入されたエポキシ、あるいはシリコーン樹脂である。ステップ208(第2のボンディングワイヤ工程)にて、絶縁基板上の配線51と積層したチップとをボンディングワイヤで接続する。ステップ209(第2のボンディングワイヤ保護膜形成工程)にて、少なくともそのボンディングワイヤの領域を保護膜で覆う。その保護膜は、有機系の被覆剤をポッティング等で行い、硬化させる。好ましくは、積層されたチップを含む領域を保護膜で覆う。ステップ210にて、外観検査等を行い半導体装置(半導体回路)が完成する。ボンディングワイヤ工程は2工程、ボンディングワイヤを覆う絶縁膜は2つ存在することに注意が必要である。試験工程においては、好ましくは3つの試験工程を適用するのが好ましい。第1の試験工程(試験1)では、ウェハに描画された電子回路を試験する。第1の試験工程は、ステップ202の後に実施してもよい。或いは、ステップ201の後に試験を行い、さらに、ステップ202の後に試験を行っても構わない。これによれば、ステップ202において形成された再配線に不良があるか否かを判別することが可能となる。第2の試験工程(試験2)においては、積層された複数の電子回路を試験する。第2の試験工程は、ステップ204後に実施してもよい。これは、試験結果によって、ボンディングワイヤを修正(リペア)もしくは冗長なボンディングワイヤ(不図示)を敷設することがあるからである。第3の試験工程(試験3)においては、半導体装置全体として試験する。第3の試験工程は、ステップ208の後に実施してもよい。これは、試験結果によって、ボンディングワイヤを修正(リペア)もしくは冗長なボンディングワイヤ(不図示)を敷設することがあるからである。これらの一連の工程において、ボンディングワイヤの意義は、第1乃至第5のチップの取り出し電極(内部端子電極)2の座標が設計変更等により異なっても、ボンディングワイヤの長さにより調整が可能な柔軟な接続が実現できる。   The first manufacturing method (FIG. 38) corresponds to FIGS. In step 201, an electronic circuit is formed on the wafer. This step is formed by photolithography (resist application, exposure, development, resist stripping) as described above. This may be purchased from a different vendor. In step 202, rewiring and the like are formed on the wafer, which is the feature of the present application described above. In step 203, different chips are stacked with an adhesive or the like on a wafer (circuit board) on which rewiring is formed. After an epoxy or silicone resin mixed with metal powder or the like as a die bonding agent (paste) is formed on the wafer by a printing method, a different chip is mounted and the resin is cured. In step 204 (first bonding wire process), the stacked chips and the wafer are connected by bonding wires (wire bonding). In step 205 (first bonding wire protective film forming step), the bonding wire region is covered with a protective film. The protective film is cured by applying an organic coating material by potting or the like. In step 206, the wafer is diced and separated into a plurality of stacked chips. In step 207, the insulating substrate 50 of the semiconductor device is connected with an adhesive or the like. The adhesive is, for example, an epoxy mixed with metal powder or the like, which is a die bonding agent (paste), or a silicone resin. In step 208 (second bonding wire process), the wiring 51 on the insulating substrate and the stacked chip are connected by a bonding wire. In step 209 (second bonding wire protective film forming step), at least the bonding wire region is covered with a protective film. The protective film is cured by applying an organic coating material by potting or the like. Preferably, a region including the stacked chips is covered with a protective film. In step 210, visual inspection and the like are performed to complete the semiconductor device (semiconductor circuit). It should be noted that there are two bonding wire processes and two insulating films covering the bonding wires. In the test process, it is preferable to apply three test processes. In the first test process (Test 1), an electronic circuit drawn on the wafer is tested. The first test process may be performed after step 202. Alternatively, a test may be performed after step 201 and a test may be performed after step 202. According to this, it is possible to determine whether or not the rewiring formed in step 202 has a defect. In the second test step (Test 2), a plurality of stacked electronic circuits are tested. The second test process may be performed after step 204. This is because the bonding wire may be corrected (repaired) or a redundant bonding wire (not shown) may be laid depending on the test result. In the third test step (Test 3), the entire semiconductor device is tested. The third test process may be performed after step 208. This is because the bonding wire may be corrected (repaired) or a redundant bonding wire (not shown) may be laid depending on the test result. In these series of steps, the significance of the bonding wire can be adjusted by the length of the bonding wire even if the coordinates of the extraction electrodes (internal terminal electrodes) 2 of the first to fifth chips differ due to design changes or the like. Flexible connection can be realized.

第2の製造方法(図39)は、図34乃至図35に対応する。第1の製造方法所なる点のみを詳述する。ステップ202の後、ステップ206が適用される。ステップ206の後、ステップ211が適用される。ステップ211の後、ステップ212及びステップ213が順次適用される。つまり、ステップ202の後、ステップ203乃至ステップ205を排除し、ステップ206を適用している。ステップ211は、図34の様に絶縁基板50の上にすべてのチップを積層する。ステップ212(第3のボンディングワイヤ工程)は、絶縁基板上の配線51と積層したすべてのチップ、及びそれらチップ同士を一回のボンディングワイヤの工程で接続する。ステップ213(第3のボンディングワイヤ保護膜形成工程)は、少なくともそのボンディングワイヤの領域を保護膜で覆う。これら複数の工程によって、第1の製造方法の工程数よりも少ない工程数で半導体装置が実現できる。尚、試験工程について、第2の製造方法は2つの試験工程に削減されていることに注意が必要である。但し、本例においても、ステップ201の後に試験を行い、さらに、ステップ202の後に試験を行っても構わない。これによれば、ステップ202において形成された再配線に不良があるか否かを判別することが可能となる。また、ステップ212において全てのボンディングワイヤを形成することは必須でなく、複数の工程に分けてボンディングワイヤを形成しても構わない。例えば、まずチップ同士を接続するボンディングワイヤを形成し、その後、別の工程にて絶縁基板上の配線51とチップとを接続するボンディングワイヤを形成しても構わない。   The second manufacturing method (FIG. 39) corresponds to FIGS. Only the point of the first manufacturing method will be described in detail. After step 202, step 206 is applied. After step 206, step 211 is applied. After step 211, step 212 and step 213 are applied sequentially. That is, after step 202, step 203 to step 205 are eliminated and step 206 is applied. In step 211, all the chips are stacked on the insulating substrate 50 as shown in FIG. In step 212 (third bonding wire process), all the chips stacked with the wiring 51 on the insulating substrate and the chips are connected to each other in a single bonding wire process. Step 213 (third bonding wire protective film forming step) covers at least the bonding wire region with a protective film. With these multiple steps, a semiconductor device can be realized with a smaller number of steps than the number of steps of the first manufacturing method. Note that with regard to the test process, the second manufacturing method is reduced to two test processes. However, also in this example, a test may be performed after step 201 and a test may be performed after step 202. According to this, it is possible to determine whether or not the rewiring formed in step 202 has a defect. Further, it is not essential to form all the bonding wires in step 212, and the bonding wires may be formed in a plurality of steps. For example, a bonding wire for connecting chips to each other may be formed first, and then a bonding wire for connecting the wiring 51 on the insulating substrate and the chip may be formed in another process.

第3の製造方法(図40)は、図36に対応する。第1の製造方法と異なる点のみを詳述する。ステップ202の後、ステップ206が適用される。ステップ206の後、ステップ214、ステップ215が順次適用される。つまり、ウェハをダイシングするステップ206の工程を、第1の製造方法より前の工程に移行させている。これにより、ボンディングワイヤに関するボンダー装置をウェハのサイズに対応した高価で大きなボンダー装置に比べてチップのサイズに対応した安価で小さなボンダー装置を使用することができる。尚、ステップ214は、それぞれのウェハからダイシングされた複数のチップを積層する。ステップ215は、それらチップ間をボンディングワイヤで接続する。更に、第1の試験工程(試験1)は、ステップ206の後に実施してもよい。   The third manufacturing method (FIG. 40) corresponds to FIG. Only differences from the first manufacturing method will be described in detail. After step 202, step 206 is applied. After step 206, step 214 and step 215 are sequentially applied. That is, the process of step 206 for dicing the wafer is shifted to a process before the first manufacturing method. This makes it possible to use an inexpensive and small bonder device corresponding to the chip size as compared with an expensive and large bonder device corresponding to the wafer size. In step 214, a plurality of chips diced from the respective wafers are stacked. Step 215 connects the chips with bonding wires. Further, the first test process (Test 1) may be performed after Step 206.

第1乃至第3の製造方法は、それぞれ異なる長所を有する。半導体装置の製造業者は、第1乃至第7のチップをすべて製造する訳ではない。更に、再配線も異なる業者が行う場合がある。第1乃至第3の製造方法は、これらの複数の製造業者が関連する多様な製造方法を提供する。例えば、試験1乃至試験3のそれぞれが、異なる業者が関連する受け渡しの責任と理解することもできる。   The first to third manufacturing methods have different advantages. A semiconductor device manufacturer does not manufacture all of the first to seventh chips. In addition, re-wiring may be performed by different vendors. The first to third manufacturing methods provide various manufacturing methods related to the plurality of manufacturers. For example, each of Test 1 to Test 3 can be understood as a delivery responsibility associated with a different vendor.

以上、本発明の好ましい半導体装置と電子システムに関する実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   The preferred embodiments of the semiconductor device and electronic system of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, these are also included in the scope of the present invention.

例えば、第2の端部21bは、図2、図3(b)の様に配線層22(第2の配線層)を含んでいてもよい。半田ボール9に変わるボンディングワイヤの製造条件をリラックスできる場合がある。   For example, the second end 21b may include a wiring layer 22 (second wiring layer) as shown in FIGS. 2 and 3B. In some cases, the manufacturing conditions of the bonding wire that changes to the solder ball 9 can be relaxed.

また、第6のチップと第7のチップが、それぞれ配線層51と接続する構造は、問わない。図2の構造であれば、絶縁基板50にフリップチップとして接続する構造である。また、図2の配線6,7及び半田ボール9を除く構造であれば、本願の半導体装置の製造工程(接着工程、ボンディングワイヤ工程)に含むことが可能である。   Further, the structure in which the sixth chip and the seventh chip are connected to the wiring layer 51 is not limited. The structure shown in FIG. 2 is connected to the insulating substrate 50 as a flip chip. Further, the structure excluding the wirings 6 and 7 and the solder balls 9 in FIG. 2 can be included in the manufacturing process (bonding process, bonding wire process) of the semiconductor device of the present application.

また、絶縁基板50から第1乃至第7のチップにそれぞれ供給する電源供給線は、これまで本願が開示した再配線の特徴を準用して適用することができる。   In addition, the power supply lines supplied from the insulating substrate 50 to the first to seventh chips can be applied by applying the rewiring characteristics disclosed in the present application.

また、半導体装置は、第1、2及び第6のチップで構成された第1のシステムのみでよい、並びに第3、4、5及び第7のチップで構成された第2のシステム、又は第3、5及び第7のチップで構成された第2のシステムのみでもよい、ことは当然のことである。半導体装置の外観、形状、機能は、問わない。よって、第1のシステムではNANDフラッシュメモリに関するシステムについて例示したが、不揮発性に限られず揮発性のメモリ、またはそれらの組み合わせ、さらにはメモリの機能に限られない。   The semiconductor device may be only the first system configured by the first, second, and sixth chips, and the second system configured by the third, fourth, fifth, and seventh chips, or the first system. Of course, only the second system composed of 3, 5 and the seventh chip may be used. The appearance, shape, and function of the semiconductor device are not limited. Therefore, in the first system, the system related to the NAND flash memory is exemplified, but the system is not limited to the nonvolatile memory, but is not limited to the volatile memory, a combination thereof, or the memory function.

また、半導体装置は、第1のシステムと第2のシステムが相互に関連するデータ処理を行う機能であってもよい。例えば、第3のチップの表面に形成された再配線を介して、第1及び第2のチップとボンディングワイヤで接続される、又は第1のチップの表面に形成された再配線と、第3のチップの表面に形成された再配線、第3、4、5のチップとが、ボンディングワイヤで接続される、等の多様な構造が考えられる。   The semiconductor device may have a function of performing data processing related to each other between the first system and the second system. For example, a rewiring connected to the first and second chips with a bonding wire via a rewiring formed on the surface of the third chip, or a rewiring formed on the surface of the first chip; Various structures such as rewiring formed on the surface of the chip, and the third, fourth, and fifth chips are connected by bonding wires are conceivable.

また、上記実施形態では、チップ間における電気的な接続を全てボンディングワイヤによって行っているが、本発明がこれに限定されるものではなく、チップ間における一部の電気的接続をフリップチップ接続により行っても構わない。チップ間における一部の電気的接続をフリップチップ接続により行う例を図41に示す。図41に示す例では、チップChip−Aの上にチップChip−Bが搭載され、さらに、チップChip−Bの上にチップChip−Cが搭載されている。このうち、チップChip−AとチップChip−Bについては上方が主面となるようフェースアップ方式で搭載され、チップChip−Cについては下方が主面となるようフェースダウン方式で搭載されている。そして、チップChip−Aと配線51との間、チップChip−Bと配線51との間、並びに、チップChip−AとチップChip−Bとの間は、ボンディングワイヤ40によって電気的に接続されている。一方、チップChip−BとチップChip−Cとの間は、半田ボール9を用いたフリップチップ接続によって電気的に接続されている。本発明はこのような態様も包含しうる。チップChip−B及びチップChip−Cの少なくともいずれかは、チップの表面に形成された本願の特徴である再配線層を有する。チップChip−Cの構造は、図2で示される。チップChip−Bの構造は、例えば、図23で示される第1チップの表面に敷設する配線42である。半田ボール9は、配線42に接続する。少なくともいずれかのチップに本願の特徴を適用することで、大幅なコストダウンが実現できる。   In the above embodiment, all electrical connections between chips are performed by bonding wires. However, the present invention is not limited to this, and some electrical connections between chips are performed by flip chip connection. You can go. FIG. 41 shows an example in which a part of electrical connection between chips is performed by flip chip connection. In the example shown in FIG. 41, a chip Chip-B is mounted on the chip Chip-A, and a chip Chip-C is mounted on the chip Chip-B. Among these, the chip Chip-A and the chip Chip-B are mounted by the face-up method so that the upper side becomes the main surface, and the chip Chip-C is mounted by the face-down method so that the lower side becomes the main surface. The bonding wires 40 are electrically connected between the chip Chip-A and the wiring 51, between the chip Chip-B and the wiring 51, and between the chip Chip-A and the chip Chip-B. Yes. On the other hand, the chip Chip-B and the chip Chip-C are electrically connected by flip chip connection using the solder balls 9. The present invention can also include such an embodiment. At least one of the chip Chip-B and the chip Chip-C has a redistribution layer that is a feature of the present application and is formed on the surface of the chip. The structure of chip Chip-C is shown in FIG. The structure of the chip Chip-B is, for example, a wiring 42 laid on the surface of the first chip shown in FIG. The solder ball 9 is connected to the wiring 42. By applying the feature of the present application to at least one of the chips, a significant cost reduction can be realized.

さらに、上記実施形態では、積層された複数のチップ間における接続について説明したが、積層されていない複数のチップ間における接続にも本発明の技術思想を応用することが可能である。例えば、図42に示すように、絶縁基板50の上面にチップChip−DとチップChip−Eが搭載され、チップChip−Dと配線51との間、チップChip−Eと配線51との間、並びに、チップChip−DとチップChip−Eとの間をボンディングワイヤ40によって電気的に接続することも可能である。本発明はこのような態様も包含しうる。チップChip−DとチップChip−Eは、少なくともいずれかのチップの表面に形成された本願の特徴である再配線層を有する。ボンディングワイヤ40は、少なくともチップChip−DとチップChip−Eのいずれかの再配線に接続する。   Furthermore, in the above-described embodiment, the connection between a plurality of stacked chips has been described. However, the technical idea of the present invention can also be applied to a connection between a plurality of chips that are not stacked. For example, as shown in FIG. 42, the chip Chip-D and the chip Chip-E are mounted on the upper surface of the insulating substrate 50, and between the chip Chip-D and the wiring 51, between the chip Chip-E and the wiring 51, In addition, the chip Chip-D and the chip Chip-E can be electrically connected by the bonding wire 40. The present invention can also include such an embodiment. The chip Chip-D and the chip Chip-E have a redistribution layer that is a feature of the present application and is formed on the surface of at least one of the chips. The bonding wire 40 is connected to at least one of the chips Chip-D and Chip-E.

さらに、上記実施形態では、絶縁基板50に複数の半導体チップを搭載した例を挙げたが、半導体チップを搭載する基板としては絶縁性の基板に限定されるものではなく、リードフレームなどの導電性基板であっても構わない。本発明はこのような態様も包含しうる。   Furthermore, in the above embodiment, an example in which a plurality of semiconductor chips are mounted on the insulating substrate 50 has been described. However, the substrate on which the semiconductor chip is mounted is not limited to an insulating substrate, and a conductive material such as a lead frame. It may be a substrate. The present invention can also include such an embodiment.

1 基板
2 チップ取り出し電極(内部端子電極)
3 パッシベーション膜
4,6 バリア金属配線
4a,6a バリア金属材料
5,7 銅配線
8 保護絶縁膜
8a 保護絶縁膜の端部
9 半田ボール
9a 半田ボールの底面
10 シリコンウエハ
21 配線層(第1の配線層)
22 配線層(第2の配線層)
21a 第1の端部
21b 第2の端部
21c 再配線部
21e,22e エッジ部
21s,22s 側面
21u,22u 上面
22a 縁部
30 柱状の塊
31 基板
32,32a,32b スピーシーズ
32c スピーシーズの核
32d 島状の塊
40 ボンディングワイヤ
41 スクライブライン
42 接着剤
43、44 絶縁膜
50、52 絶縁基板(半導体装置の基板、システム基板)
51、a、b、d、e、f、g 絶縁基板配線
100,200 メタルマスク
101,201 開口部
1 Substrate 2 Chip extraction electrode (internal terminal electrode)
3 Passivation films 4 and 6 Barrier metal wirings 4a and 6a Barrier metal material 5 and 7 Copper wiring 8 Protective insulating film 8a Protective insulating film end 9 Solder ball 9a Bottom surface of solder ball 10 Silicon wafer 21 Wiring layer (first wiring layer)
22 Wiring layer (second wiring layer)
21a First end portion 21b Second end portion 21c Redistribution portion 21e, 22e Edge portion 21s, 22s Side surface 21u, 22u Upper surface 22a Edge portion 30 Columnar substrate 31 Substrate 32, 32a, 32b Species 32c Species core 32d Island -Like lump 40 Bonding wire 41 Scribe line 42 Adhesive 43, 44 Insulating film 50, 52 Insulating substrate (substrate of semiconductor device, system substrate)
51, a, b, d, e, f, g Insulating substrate wiring 100, 200 Metal mask 101, 201 Opening

Claims (54)

第1の電子回路が主面に描画され、前記第1の電子回路がそれぞれ前記第1の電子回路の外部と通信する第1と第2の内部端子電極を有する第1の基板と、
第2の電子回路が主面に描画され、前記第2の電子回路がそれぞれ前記第2の電子回路の外部と通信する第3と第4の内部端子電極を有し、前記第1の基板に積層された第2の基板と、
前記第1の基板の表面の一部に形成され、それぞれが第1及び第2のノードを有する第1及び第2の配線を含み、前記第1の基板の表面方向とは異なる方向に伸びる柱状の塊の集合体によって構成されている配線層と、
前記第3及び第4の内部端子電極と、それぞれ対応する前記第1及び第2の配線の第1のノードとを接続する第1と第2のボンディングワイヤと、を備え、
前記第1と第2のボンディングワイヤは、それら断面が円状であり、
前記配線層は、前記第1の基板の表面に垂直な方向から見たエッジ部を含み、前記第1の基板と接する前記エッジ部における前記配線層の前記第1の基板の表面と垂直な断面の角度が55°以下である、ことを特徴とする半導体装置。
A first substrate having a first electronic circuit drawn on a main surface, the first electronic circuit having first and second internal terminal electrodes each communicating with the outside of the first electronic circuit;
A second electronic circuit is drawn on the main surface, and the second electronic circuit has third and fourth internal terminal electrodes that communicate with the outside of the second electronic circuit, respectively, on the first substrate A laminated second substrate;
Is formed on a part of a surface of said first substrate, each viewing including the first and second lines having first and second node, extending in a direction different from the surface direction of the first substrate A wiring layer constituted by an aggregate of columnar chunks ;
First and second bonding wires connecting the third and fourth internal terminal electrodes and the corresponding first nodes of the first and second wirings, respectively.
The first and second bonding wires have a circular cross section,
The wiring layer includes an edge portion viewed from a direction perpendicular to the surface of the first substrate, and a cross section perpendicular to the surface of the first substrate of the wiring layer at the edge portion in contact with the first substrate. An angle of the semiconductor device is 55 ° or less.
前記集合体に含まれる複数の柱状の塊の少なくとも一部は、前記第1の基板の表面からの高さが互いに異なる、ことを特徴とする請求項に記載の半導体装置。 Wherein at least a portion of the plurality of columnar mass contained in the aggregate, the semiconductor device according to claim 1, the height from the surface of the first substrate are different from each other, it is characterized. 前記集合体に含まれる複数の柱状の塊は、前記配線層を構成する金属材料の結晶体である、ことを特徴とする請求項又はに記載の半導体装置。 A plurality of columnar chunk included in the aggregate is a crystal of a metal material constituting the wiring layer, the semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that. 前記集合体に含まれる複数の柱状の塊の少なくとも一部は、互いに結晶方位が異なる、ことを特徴とする請求項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3 , wherein at least some of the plurality of columnar chunks included in the aggregate have different crystal orientations. 更に、少なくとも前記第1のノードの領域を除く前記配線層を覆う第1の絶縁膜を備え、
前記第1の絶縁膜の表面の前記第1の基板からの高さは、前記第1と第2のボンディングワイヤがそれぞれ接する前記配線層の表面の前記第1の基板からの高さよりも高い、ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の半導体装置。
And a first insulating film covering at least the wiring layer excluding the region of the first node.
The height of the surface of the first insulating film from the first substrate is higher than the height of the surface of the wiring layer in contact with the first and second bonding wires from the first substrate, the semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that.
前記配線層は、Cu、Al、Ti、Cr及びNiからなる群より選ばれた金属を主成分として含む、ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の半導体装置。 The wiring layers, Cu, Al, Ti, as main components Cr and a metal selected from the group consisting of Ni, the semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that. 前記配線層の主成分がAlである、ことを特徴とする請求項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6 , wherein a main component of the wiring layer is Al. 前記配線層は、複数の金属材料からなる多元合金を含む、ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の半導体装置。 The wiring layers, a semiconductor device according to any one of claims 1 to 7 comprising a multiple alloy comprising a plurality of metallic materials, characterized in that. 前記第1乃至第4の内部端子電極は、その表面にメッキが施されている層を含む、ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の半導体装置。 The first to fourth internal terminal electrodes, the semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that includes a layer that is plated on its surface. 少なくとも前記第1及び第2の内部端子電極は、Alからなり、
前記配線層は、Alを主成分として含む、ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の半導体装置。
At least the first and second internal terminal electrodes are made of Al,
The wiring layers, a semiconductor device according to any one of claims 1 to 8 containing Al as a main component, it is characterized.
前記第1の基板は、半導体の基板と、前記半導体の基板の表面に接し且つ少なくとも前記第1と第2の内部端子電極の領域を除く前記半導体の基板を覆う第2の絶縁膜とを含む、ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の半導体装置。 The first substrate includes a semiconductor substrate and a second insulating film that is in contact with the surface of the semiconductor substrate and covers the semiconductor substrate excluding at least the regions of the first and second internal terminal electrodes. the semiconductor device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that. 前記配線層は前記第2の絶縁膜の表面に接し且つ前記第2の絶縁膜の一部を覆う、ことを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 11 , wherein the wiring layer is in contact with a surface of the second insulating film and covers a part of the second insulating film. 前記第1の基板は、同一の回路が繰り返し形成された半導体ウエハである、ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の半導体装置。 The first substrate is a semiconductor wafer having the same circuit is repeatedly formed, the semiconductor device according to any one of claims 1 to 12, characterized in that. 前記第1の配線の第2のノードが前記第1の内部端子電極を覆うことによって、前記第1の配線の第2のノードと前記第1の内部端子電極とを接続する、ことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の半導体装置。 The second node of the first wiring covers the first internal terminal electrode, thereby connecting the second node of the first wiring and the first internal terminal electrode. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 13 . 前記第1の配線の一部は、前記第1と第2の基板の間に配置する、ことを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 14 , wherein a part of the first wiring is disposed between the first and second substrates. 更に、前記第2の配線の第2のノードと前記第1の基板以外の半導体装置内の第10のノードとを接続する第3の前記ボンディングワイヤを備える、ことを特徴とする1乃至15のいずれか一項に記載の半導体装置。 1 to 15 , further comprising a third bonding wire for connecting the second node of the second wiring and the tenth node in the semiconductor device other than the first substrate. The semiconductor device as described in any one. 更に、第3の電子回路が描画され、前記第3の電子回路が前記第3の電子回路の外部と通信する第5、第6及び第7の内部端子電極を有する第3の基板と、
前記第1の基板と第3の基板を搭載する第4の基板と、
前記第4の基板の表面の一部に形成され、それぞれが第3及び第4のノードを有する第3及び第4の配線を含む第2の配線層と、を備え、
前記半導体装置内の第10のノードである前記第3の配線の第3のノードが、前記第3の配線の第4のノードを介して前記第5の内部端子電極に電気的に接続する、ことを特徴とする請求項16に記載の半導体装置。
A third substrate having fifth, sixth, and seventh internal terminal electrodes on which a third electronic circuit is drawn and wherein the third electronic circuit communicates with the outside of the third electronic circuit;
A fourth substrate on which the first substrate and the third substrate are mounted;
A second wiring layer formed on a part of the surface of the fourth substrate and including third and fourth wirings each having a third and a fourth node;
A third node of the third wiring, which is a tenth node in the semiconductor device, is electrically connected to the fifth internal terminal electrode via a fourth node of the third wiring; The semiconductor device according to claim 16 .
前記第2の内部端子電極が、前記第4の配線の第3のノードに接続し、
前記第4の配線の第4のノードが、前記第6の内部端子電極に電気的に接続する、ことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
The second internal terminal electrode is connected to a third node of the fourth wiring;
The semiconductor device according to claim 17 , wherein a fourth node of the fourth wiring is electrically connected to the sixth internal terminal electrode.
更に、半導体装置が外部と通信する外部端子を備え、
前記第7の内部端子電極が、前記外部端子に電気的に接続する、ことを特徴とする請求項18に記載の半導体装置。
Furthermore, the semiconductor device has an external terminal for communicating with the outside,
The semiconductor device according to claim 18 , wherein the seventh internal terminal electrode is electrically connected to the external terminal.
更に、前記第1の基板と前記第2の基板とを接続する接着剤を備える、ことを特徴とする請求項1乃至19のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 19 comprising an adhesive that connects the first substrate and the second substrate, it is characterized. 更に、少なくとも前記第1及び第2のボンディングワイヤのいずれか一方を覆う第3の絶縁膜を備え、
前記第3の絶縁膜は、前記第2の配線の第2のノードの領域は覆わない、ことを特徴とする請求項17乃至19のいずれか一項に記載の半導体装置。
And a third insulating film covering at least one of the first and second bonding wires,
The third insulating film, the second does not cover the wiring area of the second node, the semiconductor device according to any one of claims 17 to 19, characterized in that.
更に、前記第2の基板は第8の内部端子電極を有し、
更に、前記半導体装置は、前記第8の内部端子電極と、前記第1の基板以外の半導体装置内のノードとを、前記第1と第2の配線を介することなく直接に接続する第4の前記ボンディングワイヤを備える、ことを特徴とする請求項1乃至21のいずれか一項に記載の半導体装置。
Furthermore, the second substrate has an eighth internal terminal electrode,
Further, the semiconductor device includes a fourth interface for directly connecting the eighth internal terminal electrode and a node in the semiconductor device other than the first substrate without passing through the first and second wirings. the semiconductor device according to any one of claims 1 to 21 wherein the bonding comprises a wire, it is characterized.
更に、少なくとも前記第1と第2のボンディングワイヤのいずれか一方を覆う第3の絶縁膜を備え、
前記第3の絶縁膜は、前記第8の内部端子電極の領域は覆わない、ことを特徴とする請求項22に記載の半導体装置。
And a third insulating film covering at least one of the first and second bonding wires,
The semiconductor device according to claim 22 , wherein the third insulating film does not cover a region of the eighth internal terminal electrode.
更に、前記第4の基板と前記第1の基板との間に配置され、第4の電子回路が描画され、第9及び第10の内部端子電極を有する第5の基板と、
前記第2の基板に含み、前記第2の電子回路が前記第2の電子回路の外部と通信する第11の内部端子電極と、
前記第1の基板の表面の一部に形成され、第5及び第6のノードを有する前記配線層である第5の配線と、
前記第11の内部端子電極と、前記第5の配線の第5のノードとを接続する第5の前記ボンディングワイヤと、
前記第9の内部端子電極と、前記第5の配線の第6のノードとを接続する第6の前記ボンディングワイヤと、を備える、ことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
A fifth substrate disposed between the fourth substrate and the first substrate, on which a fourth electronic circuit is drawn, and having ninth and tenth internal terminal electrodes;
An eleventh internal terminal electrode included in the second substrate, wherein the second electronic circuit communicates with the outside of the second electronic circuit;
A fifth wiring that is formed on a part of the surface of the first substrate and that is the wiring layer having fifth and sixth nodes;
A fifth bonding wire connecting the eleventh internal terminal electrode and a fifth node of the fifth wiring;
18. The semiconductor device according to claim 17 , comprising: the ninth internal terminal electrode; and the sixth bonding wire that connects the sixth node of the fifth wiring.
更に、少なくとも前記第1及び第2のボンディングワイヤのいずれか一方を覆う第3の絶縁膜を備え、
前記第3の絶縁膜は、前記第11の内部端子電極の領域は覆わない、ことを特徴とする請求項24に記載の半導体装置。
And a third insulating film covering at least one of the first and second bonding wires,
25. The semiconductor device according to claim 24 , wherein the third insulating film does not cover a region of the eleventh internal terminal electrode.
更に、前記第10の内部端子電極と前記第1及び第2の基板以外の半導体装置内の第11のノードとを接続する第7の前記ボンディングワイヤを備える、ことを特徴とする請求項24または25に記載の半導体装置。 Further comprising a seventh said bonding wire for connecting the first 11 node of said tenth the semiconductor device and the internal terminal electrodes other than the first and second substrate of claim 24 or, characterized in that 25. The semiconductor device according to 25 . 更に、前記第3の基板に含み、前記第3の電子回路が半導体装置の外部と通信する第12の内部端子電極と、
前記第4の基板の表面の一部に形成され、第7と第8のノードを有する配線層である第6の配線と、を備え、
前記半導体装置内の第11のノードである前記第6の配線の第7のノードが、前記第6の配線の第8のノードを介して前記第12の内部端子電極に電気的に接続する、ことを特徴とする請求項26に記載の半導体装置。
Furthermore, a twelfth internal terminal electrode included in the third substrate, the third electronic circuit communicating with the outside of the semiconductor device,
A sixth wiring formed on a part of the surface of the fourth substrate and being a wiring layer having seventh and eighth nodes;
A seventh node of the sixth wiring that is an eleventh node in the semiconductor device is electrically connected to the twelfth internal terminal electrode through an eighth node of the sixth wiring; 27. The semiconductor device according to claim 26 .
前記第1の基板は、前記第5の基板の前記第9と第10の内部端子電極を覆わないように、前記第5の基板上に積層する、ことを特徴とする請求項24乃至27のいずれか一項に記載の半導体装置。 Said first substrate, said fifth the ninth substrate and so as not to cover the first 10 internal terminal electrode, laminated on the fifth substrate, according to claim 24 or 27, characterized in that The semiconductor device as described in any one. 内部端子電極を有する第1の基板に、前記内部端子電極と前記第1の基板の外部とを電気的に接続する配線を形成する回路基板、及びその回路基板を含む半導体装置の製造方法であって、
前記回路基板の製造工程は、
前記内部端子電極を含む前記第1の基板の表面の一部が露出するような開口部を有し、陰極側に接続される金属性のメタルマスクを前記基板に被せるマスク工程と、
前記第1の基板に所定の電位を与え、前記所定の電位と異なる電位にイオン化された被着金属に、0.01eVから250eVの被着エネルギを与えることによって、前記基板の表面の一部及び前記メタルマスク上に、イオンプレーティング法により正の電荷を有するイオンの粒子から金属性の導体を形成する成膜工程と、
前記メタルマスクを剥離することによって、前記基板の表面の一部に形成された前記内部端子電極と電気的に接続する金属性の導体からなる前記配線の配線層を残存させるリフトオフ工程と、を備え、
前記半導体装置の製造工程は、
内部端子電極を有する第2の基板を、前記回路基板の前記配線の側の面に積層する第1の積層工程と、
前記第2の基板の内部端子電極と、前記回路基板上の前記配線とを接続する第1の接続工程と、を備える、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A circuit board for forming a wiring for electrically connecting the internal terminal electrode and the outside of the first board on a first board having an internal terminal electrode, and a method of manufacturing a semiconductor device including the circuit board And
The manufacturing process of the circuit board includes:
A mask step of covering the substrate with a metallic metal mask having an opening that exposes a part of the surface of the first substrate including the internal terminal electrode and connected to the cathode side;
By applying a predetermined potential to the first substrate and applying a deposition energy of 0.01 eV to 250 eV to a deposition metal ionized to a potential different from the predetermined potential, a part of the surface of the substrate and On the metal mask, a film forming step of forming a metallic conductor from ion particles having a positive charge by an ion plating method;
A lift-off step of leaving the wiring layer of the wiring made of a metallic conductor electrically connected to the internal terminal electrode formed on a part of the surface of the substrate by peeling the metal mask. ,
The manufacturing process of the semiconductor device includes:
A first laminating step of laminating a second substrate having internal terminal electrodes on a surface of the circuit board on the wiring side;
A first connection step of connecting the internal terminal electrode of the second substrate and the wiring on the circuit board,
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記イオン化された被着金属に、5〜100eVの被着エネルギを与えることを特徴とする請求項29に記載の半導体装置の製造方法。 30. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 29 , wherein a deposition energy of 5 to 100 eV is applied to the ionized deposition metal. 前記第1の基板は、フォトリソグラフィー法により形成され前記内部端子電極に電気的に接続された内部配線を有する、ことを特徴とする請求項29に記載の半導体装置の製造方法。 30. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 29 , wherein the first substrate has an internal wiring formed by a photolithography method and electrically connected to the internal terminal electrode. 前記第1の基板は、同一の回路が繰り返し形成された集合基板であり、
少なくとも前記リフトオフ工程を行った後、前記集合基板を切断することによって個々の単位基板を取り出す切断工程をさらに備えることを特徴とする請求項31に記載の半導体装置の製造方法。
The first substrate is a collective substrate in which the same circuit is repeatedly formed,
32. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 31 , further comprising a cutting step of taking out individual unit substrates by cutting the aggregate substrate after performing at least the lift-off step.
前記切断工程を前記第1の接続工程の後に行うことを特徴とする請求項32に記載の半導体装置の製造方法。 33. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 32 , wherein the cutting step is performed after the first connection step. 前記集合基板は半導体ウエハであり、前記単位基板は半導体チップであることを特徴とする請求項32又は33に記載の半導体装置の製造方法。 34. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 32, wherein the collective substrate is a semiconductor wafer, and the unit substrate is a semiconductor chip. 前記リフトオフ工程を行った後、前記第1の積層工程を行う前に、前記回路基板の内部端子電極を除く前記基板の表面に流動性を有する絶縁材料を選択的に供給する絶縁膜形成工程をさらに備えることを特徴とする請求項29乃至34のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 An insulating film forming step of selectively supplying a fluid insulating material to the surface of the substrate excluding the internal terminal electrodes of the circuit substrate after performing the lift-off step and before performing the first stacking step. the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 29 to 34, characterized in that it further comprises. 前記絶縁膜形成工程においては、前記配線層の上面の周縁部を前記絶縁材料で覆うことを特徴とする請求項35に記載の半導体装置の製造方法。 36. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 35 , wherein, in the insulating film forming step, a peripheral portion of an upper surface of the wiring layer is covered with the insulating material. 一回の前記マスク工程、連続する複数回の前記成膜工程、及び前記一回のマスク工程に対応する一回の前記リフトオフ工程からなる一連の工程群によって、複数の前記配線層を形成することを特徴とする請求項29乃至36のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 A plurality of wiring layers are formed by a series of process groups including one mask process, a plurality of successive film formation processes, and one lift-off process corresponding to the one mask process. 37. A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 29 to 36 . 前記連続する複数回の成膜工程は、第1の前記金属性の導体を形成する第1の前記成膜工程と、第2の前記金属性の導体を形成する第2の前記成膜工程を含むことを特徴とする請求項37に記載の半導体装置の製造方法。 The plurality of successive film forming steps include the first film forming step for forming the first metallic conductor and the second film forming step for forming the second metallic conductor. 38. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 37 , further comprising: 第1の前記メタルマスクを使用した前記マスク工程、少なくとも一回の前記成膜工程、及び前記マスク工程に対応する前記リフトオフ工程からなる第1の工程群と、
更に、前記回路基板に前記回路基板の外部と電気的に接続すべき第1の領域が露出するような開口部を有する金属性の第2のメタルマスクを前記基板に被せる第2のマスク工程、
前記第1の領域及び前記第2のメタルマスク上に、イオンプレーティング法により前記金属性の導体を形成する少なくとも一回の第2の成膜工程、及び
前記第2のメタルマスクを剥離することによって、前記第1の領域に形成された前記金属性の導体からなる第2の配線層を残存させる第2のリフトオフ工程からなる第2の工程群を備え、
前記第1と第2の工程群により、複数の配線層を形成する、ことを特徴とする請求項29乃至36のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
A first process group comprising the mask process using the first metal mask, the film forming process at least once, and the lift-off process corresponding to the mask process;
A second mask step of covering the substrate with a metallic second metal mask having an opening that exposes a first region to be electrically connected to the outside of the circuit substrate on the circuit substrate;
At least one second film forming step for forming the metallic conductor by ion plating on the first region and the second metal mask, and peeling the second metal mask. A second process group consisting of a second lift-off process for leaving the second wiring layer made of the metallic conductor formed in the first region,
Wherein the first and second process group, the manufacturing method of a plurality of forming the wiring layer, semiconductor device according to any one of claims 29 to 36, characterized in.
前記複数の配線層は、
前記回路基板の内部端子電極を覆う第1の端部と、前記回路基板の外部と電気的に接続すべき領域である第2の端部と、前記基板の表面に沿って延在し前記第1の端部と前記第2の端部とを接続する再配線部とを有する第1の配線層と、
前記第1の配線層の前記第2の端部を覆い、前記第1の配線層と接する第2の配線層と、を含むことを特徴とする請求項37乃至39のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
The plurality of wiring layers are:
A first end that covers the internal terminal electrode of the circuit board; a second end that is an area to be electrically connected to the outside of the circuit board; and the first end that extends along the surface of the board. A first wiring layer having a rewiring portion that connects one end portion and the second end portion;
The first covers the second end of the wiring layers, according to any one of the first claims 37 to 39 and the second wiring layer in contact with the wiring layer, characterized in that it comprises a for Semiconductor device manufacturing method.
前記配線層の形成に関連して、レジストの塗布、露光、現像、及び前記レジストの剥離の各工程を含まない、ことを特徴とする請求項29乃至40のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 In connection with the formation of the wiring layer, the resist coating, exposure, development, and does not include the steps of peeling of the resist, it semiconductor device according to any one of claims 29 to 40, characterized in Manufacturing method. 前記成膜工程は、Cu、Al、Ti、Cr及びNiからなる群より選ばれた金属を主成分として前記金属性の導体を形成する、ことを特徴とする請求項29乃至41のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 The said film-forming process forms the said metallic conductor by using as a main component the metal selected from the group which consists of Cu, Al, Ti, Cr, and Ni, The any one of Claim 29 thru | or 41 characterized by the above-mentioned. A method for manufacturing the semiconductor device according to the item. 前記成膜工程は、Alを主成分として前記金属性の導体を形成する、ことを特徴とする請求項42に記載の半導体装置の製造方法。 43. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 42 , wherein the film forming step forms the metallic conductor with Al as a main component. 前記第1の接続工程は、ボンディングワイヤによって接続する工程である、ことを特徴とする請求項29乃至43のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 Said first connecting step is a step of connecting the bonding wires, the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 29 to 43, characterized in that. 更に、前記第1の接続工程の後、前記回路基板上の配線の一部の領域を除き、前記ボンディングワイヤを覆う絶縁膜を形成する第1の絶縁工程を備える、ことを特徴とする請求項44に記載の半導体装置の製造方法。 Furthermore, after the said 1st connection process, except the one part area | region of the wiring on the said circuit board, the 1st insulation process of forming the insulating film which covers the said bonding wire is provided, It is characterized by the above-mentioned. 44. A method for manufacturing a semiconductor device according to 44 . 前記第1の基板は、同一の回路が繰り返し形成された集合基板であり、
更に、前記第1の絶縁工程の後、前記第1の積層工程によって前記回路基板に積層された前記第2の基板を含む前記集合基板を切断することによって、それぞれが前記第2の基板を含む単位基板を取り出す切断工程を備える、ことを特徴とする請求項45に記載の半導体装置の製造方法。
The first substrate is a collective substrate in which the same circuit is repeatedly formed,
Further, after the first insulating step, each of the plurality of substrate includes the second substrate by cutting the collective substrate including the second substrate stacked on the circuit substrate by the first stacking step. 46. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 45 , further comprising a cutting step of taking out the unit substrate.
更に、前記切断工程の後、前記単位基板を第4の基板に搭載する第2の積層工程と、
前記第4の基板の配線と前記単位基板の配線とを接続する第2の接続工程と、を備える、ことを特徴とする請求項46に記載の半導体装置の製造方法。
Furthermore, after the cutting step, a second stacking step of mounting the unit substrate on a fourth substrate;
47. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 46 , further comprising a second connection step of connecting the wiring of the fourth substrate and the wiring of the unit substrate.
前記第1の基板は、同一の回路が繰り返し形成された集合基板であり、
更に、前記回路基板の製造工程と前記第1の積層工程との間に、前記集合基板を切断することによって個々の単位基板を取り出す切断工程を備える、ことを特徴とする請求項47に記載の半導体装置の製造方法。
The first substrate is a collective substrate in which the same circuit is repeatedly formed,
48. The method according to claim 47 , further comprising a cutting step of taking out individual unit substrates by cutting the collective substrate between the circuit board manufacturing step and the first stacking step. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第1の積層工程は、前記単位基板を第4の基板に搭載する工程を含み、
前記第1の接続工程は、更に、前記第1の基板の内部端子電極と前記第4の基板の配線との間の接続、前記第2の基板の内部端子電極と前記第4の基板の配線との間の接続、前記回路基板の配線と前記第4の基板の配線との間の接続、前記第1の基板の内部端子電極と前記第2の基板の内部端子電極との間の接続、及び前記回路基板の配線と前記第1の基板の内部端子電極との間の接続、の少なくともいずれかを前記ボンディングワイヤによって接続することを含み、
前記第1の絶縁工程は、更に、前記絶縁膜によって、前記前記回路基板の配線の一部の領域、及び前記少なくともいずれかの接続に関連する前記ボンディングワイヤを覆う、ことを特徴とする請求項48に記載の半導体装置の製造方法。
The first stacking step includes a step of mounting the unit substrate on a fourth substrate,
The first connection step further includes a connection between the internal terminal electrode of the first substrate and the wiring of the fourth substrate, and the wiring of the internal terminal electrode of the second substrate and the fourth substrate. A connection between the wiring of the circuit board and the wiring of the fourth board, a connection between the internal terminal electrode of the first board and the internal terminal electrode of the second board, Connecting at least one of the wiring of the circuit board and the internal terminal electrode of the first board by the bonding wire,
The first insulating step further includes covering the partial area of the wiring of the circuit board and the bonding wire related to the at least one connection with the insulating film. 48. A method for manufacturing a semiconductor device according to 48 .
前記第1の接続工程は、更に、前記第1の基板の内部端子電極と前記第2の基板の内部端子電極との間の接続、及び前記回路基板の配線と前記第1の基板の内部端子電極との間の接続、の少なくともいずれかを前記ボンディングワイヤによって接続することを含み、
前記第1の絶縁工程は、更に、前記絶縁膜によって、前記少なくともいずれかの接続に関連する前記ボンディングワイヤを覆う、ことを特徴とする請求項48に記載の半導体装置の製造方法。
The first connection step further includes a connection between the internal terminal electrode of the first substrate and the internal terminal electrode of the second substrate, and the wiring of the circuit board and the internal terminal of the first substrate. Connecting at least one of connections between electrodes by the bonding wire,
49. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 48 , wherein the first insulating step further covers the bonding wire related to the at least one connection with the insulating film.
更に、前記第1の絶縁工程の後、前記単位基板を第4の基板に搭載する第2の積層工程と、
前記第4の基板の配線と前記単位基板の配線とを接続する第2の接続工程と、を備えることを特徴とする請求項50に記載の半導体装置の製造方法。
Furthermore, after the first insulating step, a second stacking step of mounting the unit substrate on a fourth substrate;
51. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 50 , further comprising a second connection step of connecting the wiring of the fourth substrate and the wiring of the unit substrate.
更に、少なくとも前記第1の接続工程の後、前記第1の接続工程に関連しない前記第1の基板の内部端子電極、前記回路基板の配線、及び前記第2の基板の内部端子電極の少なくともいずれか一つを介して、前記第1と第2の基板を試験する試験工程を備える、ことを特徴とする請求項29乃至485051のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 Furthermore, at least any of the internal terminal electrodes of the first substrate, the wiring of the circuit board, and the internal terminal electrodes of the second substrate that are not related to the first connecting step after the first connecting step. via one or the first and comprising a test step of testing the second substrate, according to claim 29 or 48, characterized in that, 50, the manufacturing method of the 51 semiconductor device according to any one of . 少なくとも前記第1の基板は、半導体基板である、ことを特徴とする請求項29乃至52のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 53. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 29 to 52 , wherein at least the first substrate is a semiconductor substrate. 前記被着エネルギは、主要部分を25±10eVとする、ことを特徴とする請求項29乃至53のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 The deposition energy, a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 29 to 53 the main portion and 25 ± 10 eV, it is characterized.
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