JP6015379B2

JP6015379B2 - 半導体装置

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Publication number: JP6015379B2
Application number: JP2012257158A
Authority: JP
Inventors: 道義高野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2032-11-26
Also published as: JP2014107315A

Description

本発明は、樹脂コアバンプを有する半導体装置に関する。

図３は、従来の半導体装置を示す断面図である。
層間絶縁膜１０１を有するＩＣ基板上にはＡｌパッド１０２ａ及びＡｌ配線１０２ｂが形成されている。Ａｌパッド１０２ａは下層のＡｌ配線１００ａに第３のビアホール１０１ａを介して電気的に接続されている。Ａｌ配線１０２ｂの下層にはＡｌ配線１００ｂが形成されている。Ａｌパッド１０２ａ、Ａｌ配線１０２ｂ及び層間絶縁膜１０１の上にはパッシベーション膜１０３が形成されている。パッシベーション膜１０３にはＡｌパッド１０２ａ上に位置する第１のビアホール１０３ａが形成されている。

パッシベーション膜１０３上には、Ａｌパッド１０２ａ上に位置する樹脂コア１０４が形成されている。第１のビアホール１０３ａ内、樹脂コア１０４上及びパッシベーション膜１０３上には金属配線１２５が形成されている。金属配線１２５は、第１の金属層１０５と、第１の金属層１０５上に形成された第２の金属層１０６によって構成されている。樹脂コア１０４及び金属配線１２５によって樹脂をコアとする突起電極（以下、「樹脂コアバンプ」という。）１０７が形成され、この樹脂コアバンプ１０７は金属配線１２５によってＡｌパッド１０２ａに電気的に接続される（例えば特許文献１参照）。

なお、本明細書中におけるＩＣ基板とは、シリコン基板上にトランジスタ等の素子が形成され、その素子が配線を介してパッドと電気的に接続されるものをいう。

上述したように従来の半導体装置では、樹脂コアバンプ１０７は、パッシベーション膜１０３が平坦であるＡｌパッド１０２ａ上に形成される。樹脂コアバンプ１０７のサイズを確保するため、Ａｌパッド１０２ａはある程度大きく確保する必要があり、デッドスペースとなり、それだけ半導体装置が大きくなってしまう。例えば、樹脂コアバンプ１０７の幅が３５μｍ、樹脂コアバンプ１０７の左右の配線平坦部の合計長さが６０μｍとすると、それらの合計で少なくとも９５μｍの長さのＡｌパッド１０２ａが必要となる。

特開２００８−２０５０７８

本発明の幾つかの態様は、樹脂コアバンプ下に配線を形成することで配線の配置効率を向上させた半導体装置に関連している。

本発明の一態様は、ＩＣ基板上に形成された第１のパッドと、前記ＩＣ基板上に形成され、前記第１のパッドと同一層に形成された第１の配線と、前記第１のパッド、前記第１の配線及び前記ＩＣ基板の上に形成されたパッシベーション膜と、前記パッシベーション膜に形成された、前記第１のパッド上に位置する第１のビアホールと、前記パッシベーション膜上に形成され、前記第１の配線と平面視で重なる位置に形成された第１の樹脂コアと、前記第１のビアホール内、前記第１の樹脂コア上及び前記パッシベーション膜上に形成された第２の配線と、を具備することを特徴とする半導体装置である。

上記本発明の一態様によれば、パッシベーション膜上、且つ第１の配線と平面視で重なる位置に第１の樹脂コアを形成することにより、樹脂コアバンプ下にパッドを形成する場合に比べて配線の配置効率を向上させることができる。

また、上記本発明の一態様において、前記ＩＣ基板上に形成され、前記第１のパッドと同一層に形成された第２のパッドと、前記ＩＣ基板上に形成され、前記第２のパッドと同一層に形成された第３の配線と、前記第２のパッド及び前記第３の配線の上に形成された前記パッシベーション膜と、前記パッシベーション膜に形成された、前記第２のパッド上に位置する第２のビアホールと、前記パッシベーション膜上に形成された第２の樹脂コアと、前記第３の配線と平面視で重なる位置に形成され、前記第１の樹脂コアと前記第２の樹脂コアとの間に形成された、前記第１の樹脂コア及び前記第２の樹脂コアそれぞれと繋がる樹脂と、前記第２のビアホール内、前記第２の樹脂コア上及び前記パッシベーション膜上に形成され、前記第２の配線と同一層に形成された第４の配線と、を具備し、前記第３の配線は前記樹脂を横断するとよい。これにより、配線の配置効率をより向上させることができる。

また、上記本発明の一態様において、前記パッシベーション膜の前記第１の樹脂コアに対向する面が平坦であるとよい。なお、前記パシベーション膜と前記第１の樹脂コアの間に別な層や構成が追加されていてもよい。
また、上記本発明の一態様において、前記パッシベーション膜上に形成された第５の配線を有するとよい。このようにパッシベーション膜を平坦にしているため、パッシベーション膜上に形成する第５の配線の付き回りが向上する。これにより、第５の配線の抵抗を低く抑えることができ、また第５の配線を微細化することができる。

また、上記本発明の一態様において、前記第１のパッドと前記第１の樹脂コアは平面視で重ならないとよい。これにより、第１の樹脂コアの形成位置の自由度が増す。また、第１のパッドは、電極を取り出すのに必要最小限の面積を確保すれば良くなり、ＩＣ基板のサイズを小さくできる。

また、上記本発明の一態様において、前記第２の配線は、第１の金属層と、前記第１の金属層上に形成された第２の金属層によって構成され、前記第４の配線は、第３の金属層と、前記第３の金属層上に形成された第４の金属層によって構成され、前記第３の金属層は前記第１の金属層と同一層によって形成され、前記第４の金属層は前記第２の金属層と同一層によって形成されているとよい。

また、上記本発明の一態様において、前記第５の配線は、第５の金属層と、前記第５の金属層上に形成された第６の金属層によって構成されているとよい。

（Ａ）は本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示す１Ｂ−１Ｂ'線に沿った断面図。（Ａ）は本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示す２Ｂ−２Ｂ'線に沿った断面図。従来の半導体装置を示す断面図。

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

［実施の形態１］
図１（Ａ）は、本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す１Ｂ−１Ｂ'線に沿った断面図である。

図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、層間絶縁膜１１を有するＩＣ基板上には、第１のＡｌパッド１２ａ、第１〜第４のＡｌ配線１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ、第２のＡｌパッド１２ｆ、第５及び第６のＡｌ配線１２ｇ，１２ｈが形成されている。第１のＡｌパッド１２ａは下層のＡｌ配線１０ａに第３のビアホール１１ａを介して電気的に接続されている。第１のＡｌ配線１２ｂの下層にはＡｌ配線１０ｃが形成されており、第４のＡｌ配線１２ｅの下層にはＡｌ配線１０ｂが形成されている。

第１のＡｌパッド１２ａ、第１〜第４のＡｌ配線１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ、第２のＡｌパッド１２ｆ、第５及び第６のＡｌ配線１２ｇ，１２ｈ、及び層間絶縁膜１１の上にはパッシベーション膜１３が形成されている。パッシベーション膜１３には、第１のＡｌパッド１２ａ上に位置する第１のビアホール１３ａ及び第２のＡｌパッド１２ｆ上に位置する第２のビアホール１３ｂが形成されている。

パッシベーション膜１３上には第１及び第２の樹脂コアを作製するための樹脂１４が形成されている。樹脂コアとは、樹脂コアバンプを形成するための樹脂部である。第１のビアホール１３ａ内、樹脂１４上及びパッシベーション膜１３上には第１の金属配線２５が形成されている。第１の金属配線２５は、第１の金属層１５ａと、第１の金属層１５ａ上に形成された第２の金属層１６ａによって構成されている。樹脂１４及び第１の金属配線２５によって第１の樹脂コアバンプ１７が形成され、第１の樹脂コアバンプ１７は第１２の金属配線２５によって第１のＡｌパッド１２ａに電気的に接続されている。なお、第１の金属配線２５の下に位置する樹脂１４が第１の樹脂コアを構成することになり、第１の樹脂コア及び第１の金属配線２５によって第１の樹脂コアバンプ１７が構成される。

第２のビアホール１３ｂ内、樹脂１４上及びパッシベーション膜１３上には第２の金属配線２６が形成されている（図１（Ａ）参照）。第２の金属配線２６は、第３の金属層（図示せず）と、第３の金属層上に形成された第４の金属層（図示せず）によって構成されている。第３の金属層は第１の金属層１５ａと同一層によって形成されており、第４の金属層は第２の金属層１６ａと同一層によって形成されている。なお、本明細書中における「同一層によって形成され」とは、同一の成膜工程によって形成された層をいう。

樹脂１４及び第２の金属配線２６によって第２の樹脂コアバンプ２７が形成され、第２の樹脂コアバンプ２７は第２の金属配線２６によって第２のＡｌパッド１２ｆに電気的に接続されている。なお、第２の金属配線２６の下に位置する樹脂１４が第２の樹脂コアを構成することになり、第２の樹脂コア及び第２の金属配線２６によって第２の樹脂コアバンプ２７が構成される。

第１の樹脂コアバンプ１７及び第１の樹脂コアは、第１のＡｌ配線１２ｂ及び第２のＡｌ配線１２ｃそれぞれと平面視で重なる位置に形成されている。また、第２の樹脂コアバンプ２７及び第２の樹脂コアは、第１のＡｌ配線１２ｂ及び第２のＡｌ配線１２ｃそれぞれと平面視で重なる位置に形成されている。なお、本明細書中における「平面視で重なる位置」とは、例えば図１（Ａ）に示すような半導体装置を上面から視たときに異なる層が重なっている位置をいい、例えば図１（Ｂ）に示す第１の樹脂コアバンプ１７と第１のＡｌ配線１２ｂ及び第２のＡｌ配線１２ｃそれぞれとの位置関係をいう。

第６のＡｌ配線１２ｈは、第１の樹脂コアバンプ１７の第１の樹脂と第２の樹脂コアバンプ２７の第２の樹脂との間に位置する樹脂１４を横断している。なお、本明細書中における「横断」とは、例えば図１（Ａ）に示すような半導体装置を上面から視たときに一方の層が他方の層を横断するように見える位置関係をいい、例えば図１（Ａ）に示す樹脂１４と第６の配線１２ｈとの関係をいう。

次に、各構成について具体的に説明する。
ＩＣ基板は、シリコン基板上にトランジスタ等の素子が形成され、その素子が配線を介して第１及び第２のＡｌパッド１２ａ，１２ｆと電気的に接続されているものである。層間絶縁膜１１は酸化珪素膜によって形成されている。

第１のＡｌパッド１２ａ、第１〜第４のＡｌ配線１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ、第２のＡｌパッド１２ｆ、第５及び第６のＡｌ配線１２ｇ，１２ｈ、及びＡｌ配線１０ａ，１０ｂ，１０ｃそれぞれは、Ａｌ層またはＡｌ合金層によって形成されている。

パッシベーション膜１３は、酸化珪素膜、窒化珪素膜及び酸化窒化珪素膜のいずれかの膜であってもよいし、これらの膜を積層させた膜であってもよい。
樹脂１４は、例えば感光性のポリイミドによって形成されていてもよいし、ポリイミド以外の樹脂によって形成されていてもよい。樹脂１４の厚さは例えば１３〜１５μｍである。

第１の金属層１５ａ及び第３の金属層それぞれは例えば厚さ０．１μｍ程度のＴｉ層によって形成されており、第２の金属層１６ａ及び第４の金属層それぞれは例えば厚さ０．５μｍ〜０．９μｍのＡｕ層によって形成されている。

第１及び第２の樹脂コアバンプ１７，２７の接続相手は例えばガラス基板上の配線である。第１及び第２の樹脂コアバンプ１７，２７は、樹脂１４の弾性によって接続相手との面接触をとることができる。

本実施の形態によれば、第１の樹脂コアバンプ１７及び第２の樹脂コアバンプ２７それぞれの下に第１のＡｌ配線１２ｂ及び第２のＡｌ配線１２ｃを形成している。これにより、従来技術のように樹脂コアバンプ下にＡｌパッドを形成する場合に比べて配線の配置効率を向上させることができる。

また、本実施の形態では、第１及び第２の樹脂コアバンプ１７，２７の形成をＡｌパッド上に限定せず、ＩＣ基板（またはチップ）の何処でも形成することが可能なため、樹脂コアバンプの形成位置の自由度が増す。また、樹脂コアバンプをエリアアレイ状に形成することも可能となる。また、Ａｌパッドは、電極を取り出すのに必要最小限の面積（例えば１０μｍ×１０μｍ程度）を確保すれば良くなり、ＩＣ基板のサイズを小さくでき、製造コストを抑えることが可能となる。

また、第１の樹脂コアバンプ１７の第１の樹脂コアは、第１のＡｌパッド１２ａと平面視で重ならないように配置されている。第２の樹脂コアバンプ２７の第２の樹脂コアは、第２のＡｌパッド１２ｆと平面視で重ならないように配置されている。このようにすることで、第１のＡｌパッド１２ａ及び第２のＡｌパッド１２ｆそれぞれを、小さく形成することができ、小さなスペースに配置することができる。従って、ＩＣ基板のサイズを小さくでき、製造コストを抑えることが可能となる。

［実施の形態２］
図２（Ａ）は、本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す２Ｂ−２Ｂ'線に沿った断面図である。
図２（Ａ），（Ｂ）において、図１（Ａ），（Ｂ）と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

図２（Ｂ）に示すように、パッシベーション膜１３はＣＭＰ（化学機械研磨：Chemical Mechanical Polishing)によって平坦化されている。このパッシベーション膜１３は、あらかじめ厚く形成しておき、ＣＭＰによって研磨するとよい。パッシベーション膜１３上には第３及び第４の金属配線２８，２９が形成されている。第３及び第４の金属配線２８，２９それぞれは、第１及び第２の樹脂コアバンプ１７，２７、第１及び第２の金属配線２５，２６に電気的に接続されていない。

第３の金属配線２８は、第５の金属層１５ｂと、第５の金属層１５ｂ上に形成された第６の金属層１６ｂによって構成されている。第５の金属層１５ｂは第１の金属層１５ａと同一層によって形成されており、第６の金属層１６ｂは第２の金属層１６ａと同一層によって形成されている。

第４の金属配線２９は、第７の金属層１５ｃと、第７の金属層１５ｃ上に形成された第８の金属層１６ｃによって構成されている。第７の金属層１５ｃは第１の金属層１５ａと同一層によって形成されており、第８の金属層１６ｃは第２の金属層１６ａと同一層によって形成されている。

第５の金属層１５ｂ及び第７の金属層１５ｃそれぞれは例えば厚さ０．１μｍ程度のＴｉ層によって形成されており、第６の金属層１６ｂ及び第８の金属層１６ｃそれぞれは例えば厚さ０．５μｍ〜０．９μｍのＡｕ層によって形成されている。

なお、本実施の形態では、パッシベーション膜１３をＣＭＰによって平坦化しているが、パッシベーション膜をエッチバックなどのＣＭＰ以外の方法で平坦化してもよい。

本実施の形態においても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、パッシベーション膜１３を平坦化しているため、パッシベーション膜１３上に形成する第１〜第４の金属配線２５，２６，２８，２９の付き回りが向上する。即ち、パッシベーション膜１３上にスパッタリングによって形成する第１〜第８の金属層１５ａ,１６ａ，１５ｂ，１６ｂ，１５ｃ，１６ｃの付き回りが向上する。これにより、第１の金属層１５ａ、第３の金属層、第５の金属層１５ｂ及び第７の金属層１５ｃを実施の形態１のそれより薄くすることができる。また、パッシベーション膜１３上に微細な第３及び第４の金属配線２８，２９を形成することが可能となる。また配線抵抗を低く抑えることができる。

また、第１〜第４の金属配線２５，２６，２８，２９を形成するために金属層をウエットエッチングにより加工する際、パッシベーション膜１３が平坦化されているため、ウエットエッチング性が安定し、加工精度を向上させることができる。

また、パッシベーション膜１３を平坦化した後に第１及び第２の樹脂コアバンプ１７，２７を形成しているため、第１及び第２の樹脂コアバンプ１７，２７それぞれの下のパッシベーション膜１３に段差がほとんどない。これにより、第１及び第２の樹脂コアバンプ１７，２７それぞれがパッシベーション膜１３上の段差の影響を受けることがなく、樹脂コアバンプの高さバラツキの発生を抑制できる。その結果、ＩＣ基板のサイズを小さくでき、製造コストを抑えることが可能と同時に、ＣＯＧ等の実装時において安定した接続性を確保することができる。

１０ａ〜１０ｃ…Ａｌ配線、１１…層間絶縁膜、１１ａ…第３のビアホール、１２ａ…第１のＡｌパッド、１２ｂ…第１のＡｌ配線、１２ｃ…第２のＡｌ配線、１２ｄ…第３のＡｌ配線、１２ｅ…第４のＡｌ配線、１２ｆ…第２のＡｌパッド、１２ｇ…第５のＡｌ配線、１２ｈ…第６のＡｌ配線１２ｈ、１３…パッシベーション膜、１３ａ…第１のビアホール、１３ｂ…第２のビアホール、１４…樹脂、１５ａ…第１の金属層、１５ｂ…第５の金属層、１５ｃ…第７の金属層、１６ａ…第２の金属層、１６ｂ…第６の金属層、１６ｃ…第８の金属層、１７…第１の樹脂コアバンプ、２５…第１の金属配線、２６…第２の金属配線、２７…第２の樹脂コアバンプ、２８…第３の金属配線、２９…第４の金属配線、

Claims

ＩＣ基板上に形成された第１のパッドと、
前記ＩＣ基板上に形成され、前記第１のパッドと同一層に形成された第１の配線と、
前記ＩＣ基板上に形成され、前記第１のパッドと同一層に形成された第２のパッドと、
前記ＩＣ基板上に形成され、前記第２のパッドと同一層に形成された第３の配線と、
前記第１のパッド、前記第１の配線、前記第２のパッド、前記第３の配線及び前記ＩＣ基板の上に形成されたパッシベーション膜と、
前記パッシベーション膜に形成された、前記第１のパッド上に位置する第１のビアホールと、
前記パッシベーション膜上に形成され、前記第１の配線と平面視で重なる位置に形成された第１の樹脂コアと、
前記第１のビアホール内、前記第１の樹脂コア上及び前記パッシベーション膜上に形成された第２の配線と、
前記パッシベーション膜に形成された、前記第２のパッド上に位置する第２のビアホールと、
前記パッシベーション膜上に形成された第２の樹脂コアと、
前記第３の配線と平面視で重なる位置に形成され、前記第１の樹脂コアと前記第２の樹脂コアとの間に形成された、前記第１の樹脂コア及び前記第２の樹脂コアそれぞれと繋がる樹脂と、
前記第２のビアホール内、前記第２の樹脂コア上及び前記パッシベーション膜上に形成され、前記第２の配線と同一層に形成された第４の配線と、
を具備し、
前記第３の配線は前記樹脂を横断することを特徴とする半導体装置。
請求項１において、
前記パッシベーション膜の前記第１の樹脂コアに対向する面が平坦であることを特徴とする半導体装置。
請求項２において、
前記パッシベーション膜上に形成された第５の配線を有することを特徴とする半導体装置。
請求項２または３において、
前記第１のパッドと前記第１の樹脂コアは平面視で重ならないことを特徴とする半導体装置。
請求項１において、
前記第２の配線は、第１の金属層と、前記第１の金属層上に形成された第２の金属層によって構成され、
前記第４の配線は、第３の金属層と、前記第３の金属層上に形成された第４の金属層によって構成され、
前記第３の金属層は前記第１の金属層と同一層によって形成され、
前記第４の金属層は前記第２の金属層と同一層によって形成されていることを特徴とする半導体装置。
請求項３において、
前記第５の配線は、第５の金属層と、前記第５の金属層上に形成された第６の金属層によって構成されていることを特徴とする半導体装置。