JP6927692B2 - Multi-layer wiring structure, manufacturing method of multi-layer wiring structure, semiconductor device and fan-out type wafer level package - Google Patents
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Description
本発明は、多層配線構造、多層配線構造の製造方法、半導体装置及びファンアウトタイプウエハーレベルパッケージに関する。 The present invention relates to a multi-layer wiring structure, a method for manufacturing a multi-layer wiring structure, a semiconductor device, and a fan-out type wafer level package.
近年、携帯電話をはじめとする携帯用小型電子機器の高機能化および軽薄短小化が要求されている。そこで、これらの要求を満たすため、電子部品の高密度集積化、さらには高密度実装化が進んできている。そして、これらの電子機器に使用される半導体パッケージは、従来にも増して小型化が進んできており、近年、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 demand for higher functionality and lighter, thinner, shorter and smaller portable small electronic devices such as mobile phones. Therefore, in order to meet these demands, high-density integration of electronic components and further high-density mounting are progressing. The semiconductor packages used in these electronic devices are becoming smaller than ever before, and in recent years, in order to meet such demands, semiconductor chips are chip size packages (CSPs) that are close to the chip size. ) May be implemented.
チップサイズパッケージでは、半導体チップの端子電極を外部回路との接続位置に引き出すための再配線層、および引き出された位置で外部回路と接続する外部接続用電極が、半導体チップとほぼ同じサイズの領域に形成されて、絶縁樹脂などで封止されている。このため、実装基板に高密度実装することが可能である。 In the chip size package, the rewiring layer for pulling out the terminal electrode of the semiconductor chip to the connection position with the external circuit and the electrode for external connection connecting with the external circuit at the pulled out position are in the area of almost the same size as the semiconductor chip. It is formed in and sealed with an insulating resin or the like. Therefore, it is possible to mount the product on a mounting board at a high density.
CSPを具体化する方法の一つとして、ウエハレベルパッケージ(以下「WLP」ともいう)と呼ばれるパッケージング方法が知られている。WLPは、ダイシングにより個片化する前のシリコンウエハー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を用いることにより、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。 As one of the methods for embodying CSP, a packaging method called a wafer level package (hereinafter, also referred to as "WLP") is known. WLP is a method of forming an external terminal electrode or the like on a silicon wafer before it is individualized by dicing, and individualization by dicing is performed after WLP. By using WLP, external terminal electrodes and the like can be formed on a large number of semiconductor chips at the same time, so that productivity can be improved.
WLPには、ファンイン型WLPとファンアウト型WLPとがある。
ファンイン型WLPは、チップサイズと同等な領域において、半導体装置としての外部電極(外部端子)を設ける。例えば、チップ上のパッシベーション膜上に形成された再配線等を介して、そのチップの表面領域内において、外部端子を形成する(特許文献1参照)。
The WLP includes a fan-in type WLP and a fan-out type WLP.
The fan-in type WLP is provided with an external electrode (external terminal) as a semiconductor device in a region equivalent to the chip size. For example, an external terminal is formed in the surface region of the chip through rewiring or the like formed on the passivation film on the chip (see Patent Document 1).
これに対し、ファンアウト型WLPは、チップサイズよりも大きな領域において、半導体装置としての外部端子を設ける。例えば、チップ上のパッシベーション膜上に形成された再配線等を介して、そのチップが埋め込まれる絶縁樹脂の表面領域において、外部端子を形成する。ファンアウト型WLPにおいては、例えば、複数のチップが埋め込まれた絶縁樹脂で形成された絶縁樹脂ウエハー上において、再配線及び外部電極を形成する(特許文献2参照)。 On the other hand, the fan-out type WLP is provided with an external terminal as a semiconductor device in a region larger than the chip size. For example, an external terminal is formed in the surface region of the insulating resin in which the chip is embedded through rewiring or the like formed on the passivation film on the chip. In the fan-out type WLP, for example, rewiring and external electrodes are formed on an insulating resin wafer formed of an insulating resin in which a plurality of chips are embedded (see Patent Document 2).
特許文献3には、図4に示すように、半導体デバイス202及び第1の配線230を含む第1の絶縁層214と、第2の配線240を含む第2の絶縁層250を含む半導体装置が示されている。
この半導体装置においては、第1の配線230と、第2の配線240との2層間の導電接続を、第1の絶縁層内に設けた、導電材が充填されたビア224と、ビア224に連続して設けられた導電接続部材225とによって行うことが記載されている。
As shown in FIG. 4,
In this semiconductor device, a conductive connection between two layers of the
図5は従来の方法で、半導体デバイス1が内蔵される層の上に3層をビルドアップした5層構造の多層配線構造を示したものであり、図6はその製造工程を示したものである。この構造は、第1の配線11を封止した第1の絶縁層21の上に半導体デバイス1を接着材で固着する工程(図6A、図6B参照)、第2の絶縁層22にビア用の開口32a、42aを形成する工程(図6C参照)、及び電気めっきによりビア32,ビア42及び配線12を形成する工程(図6D参照)、によって製造される。
FIG. 5 shows a multi-layer wiring structure having a five-layer structure in which three layers are built up on a layer in which the
図6に示すようにここで半導体デバイス1が内蔵される第2の絶縁層22の下に形成された第1の配線11の配線と第2の配線12とを接続するにはビア32を形成する必要がある。しかしながら半導体デバイス1の高さにより第2の絶縁層22の厚さが厚くなると、ビア32の穴径が大きくなってしまう。
As shown in FIG. 6, a
例えば半導体デバイス1の高さが50μmである場合、第1の絶縁層21の厚さと第2の絶縁層22の厚さとの合計の厚さはおよそ100μmとなる。そして、接続の歩留りからビア径/深さのアスペクト比が0.8以上とする必要があることを考慮するとビア32のビア径は100μm/0.8≒125μmとなり、ビア径を125μm程度まで大きくしなければならない。また一般的にビア径が100μm以上であると銅めっきによるフィリングができず、ビルドアップ部の直上ビアをオフセットするスタッガード構造にしなければならない。ビア径を125μm以上とすること、及びスタッガード構造とすることは、配線設計の自由度を低下させ、パッケージ小型化・高密度化の大きな問題点となっている。
For example, when the height of the
本発明は、半導体デバイスが内蔵される層の層厚が厚い場合でも、配線間の接続構造をスタック構造とし、ビア径を抑えることにより、配線設計の自由度を低下させることなくパッケージ小型化・高密度化を可能にする多層配線構造を提供することを目的とする。 According to the present invention, even when the layer thickness of the layer in which the semiconductor device is built is thick, the connection structure between the wirings is a stack structure and the via diameter is suppressed, so that the package can be miniaturized without reducing the degree of freedom in wiring design. It is an object of the present invention to provide a multi-layer wiring structure that enables high density.
上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を行い、以下の多層配線構造とすることにより、上記課題が解決されることを見出した。
即ち、本発明は以下のとおりである。
(1)第1の配線を含む第1の絶縁層と、
該第1の絶縁層上に積層された、半導体デバイスを含む第2の絶縁層と、
該第2の絶縁層上に形成された第2の配線と
を含む多層配線構造であって、
前記第1の絶縁層は、前記第1の配線から第1の絶縁層の表面まで達する第1のビアを有し、
前記第2の絶縁層は、該第2の絶縁層の底面から第2の絶縁層の内部まで達するビアランドと、該ビアランドの上面から第2の絶縁層の上面に達する第2のビアとを有し、
前記ビアランドは前記第1のビアによって前記第1の配線と導電接続されており、
前記第2のビアは前記第2の配線と導電接続されている
多層配線構造。
(2)前記ビアランドの厚さが、第2の絶縁層内に配置された半導体デバイスの上面の高さ以下である上記(1)に記載の多層配線構造。
(3)上記(1)又は(2)に記載の多層配線構造を有する半導体装置。
(4)上記(1)又は(2)に記載の多層配線構造を有するファンアウトタイプウエハレベルパッケージ。
(5)第1の配線を絶縁材で封止した第1の絶縁層に、第1の配線から第1の絶縁層の表面に達する第1のビア用開口を形成する工程、
電気めっきによって前記第1のビア用開口を導電材で充填して第1のビアを形成し、かつ、該第1のビア上にビアランドを形成する工程、
前記第1の絶縁層上に接着材を用いて半導体デバイスを搭載する工程、
前記半導体デバイス及び前記ビアランドを絶縁材によって封止して第2の絶縁層を形成する工程、
第2の絶縁層の表面から前記ビアランドに達する第2のビア用開口を形成する工程、
前記第2のビア用開口に電気めっきによって第2のビアを形成すると共に、該第2のビアに導電接続する第2の配線を形成する工程、
を含む、多層配線構造を製造する方法。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted diligent studies and found that the above-mentioned problems can be solved by adopting the following multi-layer wiring structure.
That is, the present invention is as follows.
(1) A first insulating layer including the first wiring and
A second insulating layer including a semiconductor device laminated on the first insulating layer,
A multi-layer wiring structure including a second wiring formed on the second insulating layer.
The first insulating layer has a first via that extends from the first wiring to the surface of the first insulating layer.
The second insulating layer has a via land that reaches from the bottom surface of the second insulating layer to the inside of the second insulating layer, and a second via that reaches from the upper surface of the via land to the upper surface of the second insulating layer. death,
The via land is conductively connected to the first wiring by the first via.
The second via has a multi-layer wiring structure that is conductively connected to the second wiring.
(2) The multilayer wiring structure according to (1) above, wherein the thickness of the vialand is equal to or less than the height of the upper surface of the semiconductor device arranged in the second insulating layer.
(3) A semiconductor device having the multilayer wiring structure according to (1) or (2) above.
(4) A fan-out type wafer level package having the multi-layer wiring structure according to (1) or (2) above.
(5) A step of forming a first via opening from the first wiring to the surface of the first insulating layer in the first insulating layer in which the first wiring is sealed with an insulating material.
A step of filling the first via opening with a conductive material by electroplating to form a first via and forming a via land on the first via.
A step of mounting a semiconductor device on the first insulating layer using an adhesive.
A step of sealing the semiconductor device and the vialand with an insulating material to form a second insulating layer.
A step of forming a second via opening reaching the via land from the surface of the second insulating layer,
A step of forming a second via by electroplating in the opening for the second via and forming a second wiring conductively connected to the second via.
A method of manufacturing a multi-layer wiring structure, including.
本発明によれば、半導体装置の小型化・高密度化が可能な多層配線構造を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a multi-layer wiring structure capable of downsizing and increasing the density of a semiconductor device.
以下に、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正は本発明に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における実施の形態の例を例示するものであって、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that it is easy for a person skilled in the art to modify or modify the present invention to form another embodiment, and these modifications or modifications are included in the present invention. This is an example of the form of the above, and does not limit the present invention.
(第1の実施形態)
本発明の多層配線構造の構成例を図1に基づいて説明する。
図1は、半導体デバイス1が内蔵される第2の絶縁層22の下方に第1の絶縁層21を設け、第2の絶縁層22の上方に第3の絶縁層23、第4の絶縁層24及び第5の絶縁層25を設けた、5層のビルドアップ構造を有する多層配線構造を示している。
(First Embodiment)
A configuration example of the multilayer wiring structure of the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 1, a first insulating
第1の絶縁層21内には、第1の配線11が絶縁材によって封止されており、第1のビア31が設けられている。
また、第1の配線11には外部端子3が形成され、外部端子3の部分以外の表面は、ソルダーレジスト層4が形成されている。
第2の絶縁層22内には、半導体デバイス1が絶縁材によって封止されており、ビアランド10とビア32および半導体デバイス1上にビア42が設けられている。
第3の絶縁層23内には、第2の配線12が絶縁材によって封止されており、第3のビア33とビア43が形成されている。
第4の絶縁層24内には、第3の配線13が絶縁材によって封止されており、第4のビア34とビア44が形成されている。
第5の絶縁層25内には第4の配線14が絶縁材によって封止されており、第5のビア35とビア45が形成されている。
第5の絶縁層25の表面には第5の配線15が形成されると共に、外部端子3が形成されており、外部端子3の部分以外の表面はソルダーレジスト層4が形成されている。
In the first insulating
Further, an
The
In the third insulating
In the fourth insulating
A
A
接続ビア径が100μmより大きいとビアを銅めっきでフィリングすることができないが、ビア径を小さくすることにより、銅めっきでフィリングすることが可能となる。
上記のように、半導体デバイス1を含む第2の絶縁層22を貫通して第1の配線11と第2の配線12とを導電接続する導電経路をビアランド10と第2のビア32との2段で構成し、ビアランド10の厚さd1を厚くすることによって第2のビア32の深さd2を小さくことができる。そして第2のビア32の深さd2を小さくすることにより、第2のビア32のビア径を小さくすることができるので、第2のビア32を銅めっきでフィリングすることが可能となる。
すなわち、内蔵する半導体デバイス1の厚みd3によって第2の絶縁層22の層厚dが厚くなって場合でも、第2のビア32のビア径の値を小さく押さえることができ、ビアフィリングが可能となり、その結果全層スタックビア構造となり飛躍的に設計自由度を向上させることができる。
If the connecting via diameter is larger than 100 μm, the via cannot be filled by copper plating, but by reducing the via diameter, it becomes possible to fill by copper plating.
As described above, the via
That is, even when the layer thickness d of the second insulating
(第2の実施形態)
図1に示した多層配線構造の形成方法を図2−1及び図2−2に基づいて説明する。
なお、以下では第1の絶縁層及び第2の絶縁層の形成方法についてのみ示している。
(Second Embodiment)
The method of forming the multilayer wiring structure shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2-1 and 2-2.
In the following, only the method of forming the first insulating layer and the second insulating layer is shown.
<第1の絶縁層を準備する工程(図2A参照)>
第1の配線11を絶縁材で封止した第1の絶縁層21を準備する。
<Step of preparing the first insulating layer (see FIG. 2A)>
A first insulating
<開口を形成する工程(図2B参照)>。
第1の絶縁層21に第1のビア31を形成するためのビア用開口31aを形成する。
ビア用開口31aの形成方法は限定されないが、一般的なレーザー穴あけ法を採用することができる。ビアホール形成に用いることが出来るレーザーとしては、CO2やCO、エキシマ等の気体レーザーやYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)等の固体レーザーがある。
<Step of forming an opening (see FIG. 2B)>.
A via
The method for forming the via
<ビアランドを形成する工程(図2C参照)>
開口31a及び開口31aの周辺部に一般的な電気めっきによる配線形成プロセスを用いて開口31a内に導電材を充填して第1のビア(フィルドビア)31を形成すると共にビアランド10形成する。
ここでめっき厚を厚くすることで、ビアランド10が厚くなり相対的にビアランド10上の絶縁層の厚みを薄くすることができる。
ただし図2Eに示すように、ビアランド10の厚さd1が半導体デバイス1の高さd3よりも高くなると、d2の最小層厚が規定されているため、半導体デバイス1上の絶縁層の層厚d4が厚くなり、ビア42のビア径の値が大きくなってしまう。従って、ビアランド10の厚さd1は半導体デバイス1の高さd3以下であることが望ましい。
<Step of forming beer land (see Fig. 2C)>
A conductive material is filled in the
By increasing the plating thickness here, the
However, as shown in FIG. 2E, when the thickness d1 of the
<半導体デバイスを搭載する工程(図2D参照)>
第1の絶縁層21上に接着材2を用いて半導体デバイス1を搭載する。
<Process for mounting semiconductor devices (see Fig. 2D)>
The
<半導体デバイス及ビアランドを封止する工程(図2E参照)>
半導体デバイス1及びビアランド10を絶縁材によって封止して第2の絶縁層22を形成する。
なお、このあとの工程で第2の絶縁層22上に配線を形成するので、封止用の絶縁材としては片面金属箔付樹脂組成物シートを用い、この樹脂組成物シートをラミネートすることにより、絶縁材の表面に銅箔を設けるようにしても良い。
<Process of sealing semiconductor devices and vialands (see Fig. 2E)>
The
Since the wiring is formed on the second insulating
<開口を形成する工程(図2F参照)>
第2の絶縁層22の表面からビアランド10の上面に達するビアのためのビア用開口32aを形成すると共に、第2の絶縁層22の表面から、半導体デバイス1の接続端子に達するビアのためのビア用開口42aを形成する
<Step of forming an opening (see Fig. 2F)>
For
<ビア及び配線を形成する工程(図2G参照)>
前記ビア用開口32a及び42aに電気めっきにより、第2のビア32及びビア42を形成する。
第2のビア32及びビア42に対してプラズマなどによってスミア除去を行ない、一般的な電気めっきによる配線形成プロセスを経て第2の配線12を形成し、第2の配線12と第2のビア32とを導電接続する。
<Process of forming vias and wiring (see Fig. 2G)>
The
Smear is removed from the second via 32 and via 42 by plasma or the like, and the
<ビルドアップ層を形成する工程>
その後、3段ビルドアップして、最外層の両面にソルダーレジスト及び金めっき等の表面処理を実施し個片化することで図1に示したような本発明の多層配線構造を有する半導体パッケージを得ることができる。
<Process of forming build-up layer>
After that, a semiconductor package having the multi-layer wiring structure of the present invention as shown in FIG. Obtainable.
本発明によれば、半導体デバイス内蔵部の上下層に接続するビア径を小径化できる。またビルドアップする際に直上のビアをスタックすることが可能となりさらに設計面積を削減できる。
図3Aに本発明のビア構造の一例のランド平面図及びランド面積を示し、図3Bに従来のビア構造の一例のランド平面図及びランド面積を示す。
図3Aに示すように本発明のビア構造ではビア32の周囲にビアランド5が形成されている。
また、図3Bに示すように従来のビア構造ではビア52a及びビア52bの周囲にビアランド5a及びビアランド5bが形成されている。
図3Aに示したものと、図3Bに示したものとにおける、それぞれの、ビア径、ビアランド径及びビアランドの設計面積を比較すると下記の表に示す通りである。
下記の表に示すように、図3Aに示したものは、図3Bに示したものに比して、ランドあたり約35%の設計面積となり、パッケージの小型化と高密度化につながることが判る。
According to the present invention, the diameter of vias connected to the upper and lower layers of the semiconductor device built-in portion can be reduced. In addition, it is possible to stack vias directly above when building up, further reducing the design area.
FIG. 3A shows a land plan view and a land area of an example of the via structure of the present invention, and FIG. 3B shows a land plan view and a land area of an example of the conventional via structure.
As shown in FIG. 3A, in the via structure of the present invention, a via
Further, as shown in FIG. 3B, in the conventional via structure, the via
A comparison of the via diameter, the via land diameter, and the design area of the via land between the one shown in FIG. 3A and the one shown in FIG. 3B is as shown in the table below.
As shown in the table below, the one shown in FIG. 3A has a design area of about 35% per land as compared with the one shown in FIG. 3B, and it can be seen that the package becomes smaller and has a higher density. ..
1 半導体デバイス
2 接着材
3 外部端子
4 ソルダーレジスト層
10 ビアランド
11 第1の配線
12 第2の配線
13 第3の配線
14 第4の配線
15 第5の配線
21 第1の絶縁層
22 第2の絶縁層
23 第3の絶縁層
24 第4の絶縁層
25 第5の絶縁層
31 第1のビア
32 ビア、第2のビア
32a ビア用開口
33 第3のビア
34 第4のビア
35 第5のビア
42a ビア用開口
42、43、44、45 ビア
d 第2の絶縁層の層厚
d1 ビアランドの厚さ
d2 第2のビアの深さ
d3 半導体デバイスの厚み
d4 半導体デバイス上の絶縁層の層厚
Claims (9)
該第1の絶縁層上に積層された、デバイスを含む第2の絶縁層と、
該第2の絶縁層上に形成された第2の配線を含む第3の絶縁層と、
前記第1の配線と前記第2の配線とを接続するビア構造と、
を含む多層配線構造であって、
前記ビア構造は、
前記第1の配線から第1の絶縁層の表面まで達する第1のビアと、
前記第2の絶縁層の底面から第2の絶縁層の内部まで達するビアランドと、
前記ビアランドの上面から第2の絶縁層の上面に達する第2のビアと、を有し、
前記ビアランドは前記第1のビアによって前記第1の配線と導電接続されており、
前記第2のビアは前記第2の配線と導電接続され、
前記第1のビアと前記第1の配線が同一の絶縁層内に設けられ、
前記第2のビアが前記第2の配線を含む絶縁層と異なる絶縁層に設けられ、
前記第1のビアが前記ビアランドと前記第1の配線との間に設けられている
多層配線構造。 With the first insulating layer including the first wiring,
Laminated on the first insulating layer, a second insulating layer containing the device,
A third insulating layer including a second wiring formed on the second insulating layer,
A via structure connecting the first wiring and the second wiring,
It is a multi-layer wiring structure including
The via structure is
A first via extending from front Symbol first wiring to the surface of the first insulating layer,
A vialand extending from the bottom surface of the second insulating layer to the inside of the second insulating layer,
It has a second via that reaches the upper surface of the second insulating layer from the upper surface of the via land.
The via land is conductively connected to the first wiring by the first via.
The second via is conductively connected to the second wiring .
The first via and the first wiring are provided in the same insulating layer, and the first via is provided in the same insulating layer.
The second via is provided in an insulating layer different from the insulating layer including the second wiring.
A multi-layer wiring structure in which the first via is provided between the via land and the first wiring.
電気めっきによって前記第1のビア用開口を導電材で充填して第1のビアを形成し、かつ、該第1のビア上にビアランドを形成する工程、
前記第1の絶縁層上に接着材を用いてデバイスを搭載する工程、
前記デバイス及び前記ビアランドを絶縁材によって封止して第2の絶縁層を形成する工程、
第2の絶縁層の表面から前記ビアランドに達する第2のビア用開口を形成する工程、
前記第2のビア用開口に電気めっきによって第2のビアを形成すると共に、該第2のビアに導電接続する第2の配線を形成する工程、
を含み、
前記第1のビアと前記第1の配線が同一の絶縁層内に形成され、
前記第2のビアが前記第2の配線を含む絶縁層と異なる絶縁層に形成され、
前記第1のビアが前記ビアランドと前記第1の配線との間に形成される
多層配線構造を製造する方法。 A step of forming a first via opening from the first wiring to the surface of the first insulating layer in the first insulating layer in which the first wiring is sealed with an insulating material.
A step of filling the first via opening with a conductive material by electroplating to form a first via and forming a via land on the first via.
Step of mounting the device using an adhesive on the first insulating layer,
Forming a second insulating layer prior Kide vice and the via land sealed by an insulating material,
A step of forming a second via opening reaching the via land from the surface of the second insulating layer,
A step of forming a second via by electroplating in the opening for the second via and forming a second wiring conductively connected to the second via.
Only including,
The first via and the first wiring are formed in the same insulating layer, and the first via is formed in the same insulating layer.
The second via is formed in an insulating layer different from the insulating layer including the second wiring.
A method for manufacturing a multi-layer wiring structure in which the first via is formed between the via land and the first wiring.
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