JPH10209203A

JPH10209203A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH10209203A
Application number: JP871997A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Muramatsu; 雅治村松; Katsumi Shibayama; 勝己柴山
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1997-01-21
Filing date: 1997-01-21
Publication date: 1998-08-07
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: JP3676015B2

Abstract

(57)【要約】【課題】バンプボンディングされるべき半導体基板お
よび支持基板の双方または一方に反り等が生じてもバン
プ剥がれが生じない半導体装置を提供する。【解決手段】ＣＣＤチップ１０の表面にはＡｌ配線層
１１が形成されている。支持基板２０の表面にはポリイ
ミド層２１が形成され、支持基板２０表面からポリイミ
ド層２１にわたってＡｌ配線層２２が形成され、ポリイ
ミド層２１の上方のＡｌ配線層２２表面に多層金属電極
層２３が形成されている。Ａｌ配線層１１と多層金属電
極２３との間は、金バンプ１２を介してバンプボンディ
ングされている。ポリイミド層２１とＡｌ配線層２２と
の間の接着強度は、他の接続面における接着強度よりも
弱い。ＣＣＤチップ１０が反ると、ポリイミド層２１と
Ａｌ配線層２２とが剥がれることにより、金バンプ１２
とＡｌ配線層２２との間の剥がれが防止でき、電気的導
通は良好に維持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板と支持
基板とがバンプボンディングにより接続されてなる半導
体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体基板を支持基板上にバ
ンプボンディングして構成される半導体装置が知られて
いる。例えば、半導体装置の１つである裏面照射型ＣＣ
Ｄは、図７に示した断面図のように、ＣＣＤチップ１の
裏面（堆積層や配線層が形成されていない面）がエッチ
ングや研磨等されて、厚みが１５μｍ乃至２０μｍ程度
とされたものであって、裏面から入射した光を高感度に
検出できるものである。特に、ＣＣＤチップ１の厚みを
薄くしたことで、ＣＣＤチップ１による吸収が大きい紫
外光をも高感度に検出することができる。

【０００３】しかし、一方で、ＣＣＤチップ１の厚みが
極めて薄いことから、機械的な強度が非常に弱いという
問題がある。そこで、裏面照射型ＣＣＤは、入射面であ
るＣＣＤチップ１の裏面を外側に向け、ＣＣＤチップ１
の表面（堆積層や配線層等が形成されている面）を固く
平坦な支持基板３上に貼り付けることで機械的強度を確
保している。また、ＣＣＤチップ１と支持基板３との間
の空隙には、エポキシ樹脂等の非導電性樹脂６が充填さ
れており、この非導電性樹脂６によっても機械的強度が
与えられている。

【０００４】このようなＣＣＤチップ１が支持基板３に
貼り付けられて構成される裏面照射型ＣＣＤでは、配線
は以下のように取り出されている。すなわち、支持基板
３上には予め所定のパターンで形成された金属配線層４
とＣＣＤチップ１表面上の金属配線層２とは、金や半田
等の金属または導電性樹脂からなるバンプ５により電気
的に接続されており、ＣＣＤチップ１上の配線層は、バ
ンプ５および支持基板３上の金属配線層４を介して外部
に取り出されている。このような接続は、ＣＣＤチップ
１がひっくり返されて支持基板３に接続されることから
フリップチップボンディングと呼ばれ、また、バンプを
介して接続されることからバンプボンディングと呼ばれ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例におけるバンプボンディングによる電極の接続では
以下のような問題点がある。

【０００６】例えば、同種材料（例えば共にシリコン材
料）からなる半導体基板および支持基板がバンプボンデ
ィングして構成される半導体装置の場合には、両者の熱
膨張係数は一致しており、したがって、バンプボンディ
ング終了後に室温まで冷却される工程において半導体基
板および支持基板それぞれが収縮する率が同一であると
考えられることから、バンプには応力が加わらず剥がれ
難いと考えられていた。ところが実際には、温度変化に
伴う膨張・収縮以外に、半導体基板または支持基板の反
りが時間経過に伴って変化し、これがバンプによる電気
接続を非常に不安定にしている。なお、バンプボンディ
ングが行われる温度は、バンプ材料に依って異なるが、
１００℃〜３５０℃程度の範囲の温度である。

【０００７】以下に、図８を参照しながらバンプボンデ
ィングにおける反りの問題について説明する。この図８
は、共にシリコン材料からなるＣＣＤチップ（半導体基
板）１および支持基板３のバンプボンディングにおける
反りに関する問題を説明するための断面図である。

【０００８】バンプボンディング作業直前の様子を図８
（ａ）に示す。ＣＣＤチップ１は、例えば３０ｍｍ×７
ｍｍのサイズであり、その表面の一部領域にＡｌ配線層
２が施され、そのＡｌ配線層２表面にワイヤボンディン
グ法により金バンプ５が形成されている。この図に示す
ように、ＣＣＤチップ１は、堆積層や配線層の形成され
た表面が支持基板３に対向し、一般に室温においてはそ
の表面を凸にして反っている。チップサイズが３０ｍｍ
×７ｍｍである場合、その反り量は数μｍにもなる。

【０００９】一方、支持基板３は、その表面の一部領域
にＡｌ配線層４が施され、そのＡｌ配線層４表面にリフ
トオフ法によりＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉからなる多層金属電極
層７が形成されている。この支持基板３は、ＣＣＤチッ
プ１とは異なり、反りを無くすることが可能である。ま
た、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉからなる多層金属電極層７は、金
バンプ５との間で良好な導通を得るためのものである。

【００１０】このようなＣＣＤチップ１と支持基板３と
をバンプボンディングするに際しては、図８（ｂ）に示
すように、ＣＣＤチップ１および支持基板３それぞれを
真空チャック８ａおよび８ｂそれぞれにより吸着し、２
８０℃に加熱しながら１バンプ当たり３０〜４０ｇ程度
の荷重を数十秒間加えてボンディングする。このときに
は、ＣＣＤチップ１は、真空チャック８ａに強く吸着さ
れているので、反りが矯正され平坦になっている。

【００１１】そして、ＣＣＤチップ１および支持基板３
は、バンプボンディングが終了し室温まで冷却され真空
チャック８ａおよび８ｂから外された状態では、図８
（ｃ）に示すようなものとなる。すなわち、ＣＣＤチッ
プ１は、再び元のように反ろうとする応力が働く。その
応力は、中央部分では金バンプ５を押し付ける方向であ
り、周辺部分では金バンプ５を引き剥がす方向である。
もし、ＣＣＤチップ１の周辺部分において、金バンプ５
とＡｌ配線層２との接着強度あるいは金バンプ５と多層
金属電極層７との接着強度よりも、１つの金バンプ当た
りに加わる応力が大きい場合には、金バンプ５は、Ａｌ
配線層２または多層金属電極層７から剥がれてしまう。
この図８（ｃ）は、両端の金バンプ５それぞれが多層金
属電極層７から剥がれた様子を示している。

【００１２】また、バンプボンディングされるべき２枚
の基板が互いに異種の材料である場合には、更に他の問
題がある。例えば、チップサイズ９ｍｍ×７ｍｍのＩｎ
Ｓｂからなるフォトディテクタ・アレイ・チップを、シ
リコンからなるＣＭＯＳアンプ・アレイ・チップに異種
接合して構成される半導体装置の場合、ＩｎＳｂの熱膨
張係数は５．０４×１０^-6／℃であり、シリコンの熱膨
張係数は２．６０×１０^-6／℃であるので、両者間の対
角長のずれは０．０２７μｍ／℃になる。Ｉｎバンプを
用いて室温付近で両者をバンプボンディングし、室温に
おいて対角長が一致していたとしても、この半導体装置
は絶対温度８０Ｋ程度の低温の環境下で使用されるた
め、絶対温度８０Ｋにおいては両者間の対角長は５．４
μｍもずれる。したがって、異種接合の場合には、半導
体基板および支持基板の双方または一方の反りに起因す
るだけでなく、熱膨張係数の差にも起因して、バンプ剥
がれが発生することになる。さらに、半導体基板および
支持基板の双方または何れか一方の捻れに起因しても、
バンプ剥がれが生じうる。

【００１３】このように、バンプボンディングされるべ
き２枚の基板の双方または一方の反りや捻れ、または熱
膨張係数の差があると、これに起因してバンプ剥がれが
発生し、ひいては電気的な導通が損なわれるので、その
半導体装置は使用できなくなる。

【００１４】なお、熱膨張係数の差に起因するバンプ剥
がれを防止すべく、従来より、バンプ高を高くしたり、
或いは、バンプ材として柔らかいものを用いたりするこ
とが行われている。これらは何れも、高い或いは柔らか
いバンプ材により、熱膨張係数の差による歪みを吸収し
ようとするものである。しかし、バンプボンディングす
べき基板が大きい場合、例えば長手方向で数ｃｍもある
ような場合では、熱膨張の違いを吸収しきれず、バンプ
剥がれが生じていた。

【００１５】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、バンプボンディングされるべき半導体
基板および支持基板の双方または一方に反りや捻れが生
じて、或いは熱膨張係数の差があって、バンプ剥がれが
生じても、バンプ剥がれによる電気的な導通不良が生じ
ない半導体装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、半導体基板上の配線層および支持基板上の配線層が
互いにバンプボンディングにより接続されてなる半導体
装置であって、支持基板上の一部領域に絶縁層が形成さ
れ、支持基板上の配線層は支持基板の表面から絶縁層の
表面にわたって形成され、半導体基板の配線層および支
持基板の配線層は絶縁層が形成されている領域上におい
て互いにバンプボンディングされており、絶縁層と支持
基板との間の接着強度および絶縁層と支持基板および絶
縁層上の配線層との間の接着強度の一方はバンプボンデ
ィングの接着強度よりも弱い、ことを特徴とする。

【００１７】この半導体装置によれば、半導体基板およ
び支持基板の双方または一方が反ったり捻れたりした場
合であっても、絶縁層と支持基板との間または絶縁層と
支持基板および絶縁層上の配線層との間の何れかが優先
して剥がれ、バンプボンディングは剥がれることはな
い。したがって、支持基板の配線層と半導体基板の配線
層との間で電源電圧や電気信号について電気的な導通が
良好に維持される。なお、ここで、半導体基板および支
持基板それぞれの上の配線層は、その配線層の上にバリ
ヤメタルを含む多層金属電極層が形成されている場合に
は、これをも含むものとする。

【００１８】また、半導体基板および支持基板が互いに
重なる領域のうちの中央領域においてダミーバンプによ
り機械的に結続され、周辺部分においてバンプボンディ
ングがなされていることを特徴とする。この場合、中央
領域ほど間隔が狭くなるように反ると、周辺領域のバン
プボンディング部分における絶縁層が支持基板またはそ
の上の配線層と剥がれるものの良好な電気的導通が維持
され、且つ、中央領域のダミーバンプにより機械的強度
が確保される。

【００１９】また、半導体基板と支持基板との間の空隙
に絶縁性樹脂が注入され硬化されていることを特徴とす
る。この場合、半導体基板と支持基板とは絶縁性樹脂に
より更に強固に接続されて機械的強度が確保される。

【００２０】また、絶縁層がポリイミド層である場合に
は、支持基板との接着強度および支持基板上の配線層と
の接着強度それぞれを適切に設定し得るので好適であ
る。たとえば、絶縁層が密着材の塗布された支持基板上
に形成されることにより、絶縁層が支持基板上に直接に
形成されることにより、または、絶縁層の表面が酸素プ
ラズマ処理されることにより、絶縁層と支持基板との接
着強度および絶縁層と支持基板上の配線層との接着強度
それぞれは適切に設定される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明におい
て同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省
略する。

【００２２】（第１の実施形態）先ず、第１の実施形態
について説明する。図１は、第１の実施形態に係る半導
体装置の断面図である。この図は、ＣＣＤチップ（半導
体基板）１０と支持基板２０とがバンプボンディングし
て構成される半導体装置を示すものであり、図１（ａ）
はバンプボンディング直前における断面図、図１（ｂ）
はバンプボンディング中における断面図、図１（ｃ）は
バンプボンディング終了後における断面図である。

【００２３】ＣＣＤチップ１０の表面（堆積層や配線層
が形成される面）の一部領域には、所定パターンのＡｌ
配線層１１が施されており、この接着強度は強い。更に
Ａｌ配線層１１上の離散的な各位置（この図では５箇
所）に超音波ワイヤボンダを使用して金バンプ１２が形
成されている。この金バンプ１２それぞれは、ＣＣＤチ
ップ１０表面に平行な方向の直径が７０μｍ乃至１００
μｍ程度であり、高さが５０μｍ乃至６０μｍ程度であ
る。

【００２４】一方、支持基板２０表面の離散的な領域
（この図では５つの領域）には、絶縁層としてのポリイ
ミド層２１が形成されている。このポリイミド層２１が
形成される領域は、支持基板２０とＣＣＤチップ１０と
が張り合わされたときに、ＣＣＤチップ１０の上に金バ
ンプ１２が形成された位置に対応する支持基板１０上の
領域である。ポリイミド層２１は、支持基板２０表面を
覆っている絶縁膜（例えばシリコン酸化膜）との接着強
度が弱いので、支持基板２０表面に密着材（例えばアル
ミニウムキレート）を塗布して熱処理（例えば、３００
℃、酸素雰囲気中、６０分）し、その後に表面上にポリ
イミド層２１を形成する。

【００２５】また更に、支持基板２０の上には、Ａｌ配
線層２２が施されている。このＡｌ配線層２２は、一部
領域がポリイミド層２１表面に形成され、その他の領域
が支持基板２０表面に直接に形成されている。このＡｌ
配線層２２と支持基板２０とが直接に接触している部分
では強く接着している。そして、このＡｌ配線層２２表
面であってポリイミド層２１の上方には、Ａｕ／Ｐｔ／
Ｔｉからなる多層金属電極層２３がリフトオフ法により
形成されている。支持基板２０とＡｌ配線層２２との接
着強度、および、Ａｌ配線層２２と多層金属電極層２３
との接着強度は強い。

【００２６】ここで、Ａｌ配線層２２、支持基板２０お
よびポリイミド層２１の３者間の密着性について述べ
る。一般にシリコン・チップにおける配線層の材料とし
てＡｌが用いられている。その理由は、第１に、デポジ
ション（堆積）工程からエッチング工程に到るまで加工
が容易である点、第２に、コンタクト・ホールにできた
自然酸化膜（ＳｉＯ₂ ）がＡｌにより還元され易いので
オーミック・コンタクトが容易にとれる点、第３に、Ａ
ｌはシリコンだけでなくＳｉＯ₂ 、ＰＳＧおよびＢＰＳ
Ｇ等との密着性が良いので非常に細い配線層であっても
基板との密着性が優れている点にある。これらのうち第
２および第３の事項は、Ａｌ中におけるシリコンの拡散
係数が大きい故に、適当な熱処理を施すことによりＡｌ
中にシリコンを容易に拡散することができことに因るも
のである。したがって、このような拡散作用に因ってＡ
ｌ配線層２２と支持基板２０との境界面が化学的に混じ
り合うために、両者の間の接着強度は強くなる。同様
に、ＣＣＤチップ１０とＡｌ配線層１１との間の接着強
度も強い。

【００２７】これに対して、Ａｌとポリイミドとの間で
は拡散作用がなく化学的に混じり合うことはなく、両者
の間の接着強度は弱い。特に、Ａｌ配線層２２を低抵抗
加熱真空蒸着法により形成すると、ポリイミド層２１と
の接着強度は弱い。ただし、ポリイミド層２１表面を酸
素プラズマで軽くアッシング処理すると、その酸素プラ
ズマのパワーおよび処理時間に依存した凹凸がポリイミ
ド層２１表面に形成されるので、ポリイミド層２１表面
の凹凸にＡｌ配線層２２が食い込むようになって、物理
的に或程度の接着強度が保持される。また、ポリイミド
層２１上のＡｌ配線層２２の接着強度の制御方法とし
て、スパッタ法を用いてＡｌ配線層２２の層を堆積する
方法もある。この場合には、堆積が始まる瞬間にスパッ
タエネルギでポリイミド層２１表面を叩くので、その表
面に同様の凹凸が形成されて或程度の接着強度が保持さ
れる。

【００２８】以上のような支持基板２０は、何れの面に
も素子が形成されるものではないので、その両面に同一
厚さのＰＳＧ膜を形成することで、反りや捻れが生じな
いようすることができる。しかし、ＣＣＤチップ１０
は、一方の表面にのみ熱酸化膜やＰＳＧ膜が数μｍ厚も
堆積されていて、これに起因する反りや捻れが生じる。
また、シリコン・インゴットからシリコン・ウェーハを
スライスする際に既に反りや捻れが生じていることもあ
る。さらに、その反りや捻れの方向や程度はチップ毎に
異なる。一般には、図１（ａ）に示すように、ＣＣＤチ
ップ１０と支持基板２０とは互いに平行とはならず、Ｃ
ＣＤチップ１０表面が凸になるように反るため、両者の
間隔は、中央部分ほど狭く、周辺部分ほど広い。

【００２９】バンプボンディングに際しては、図１
（ｂ）に示すように、ＣＣＤチップ１０および支持基板
２０それぞれは、真空チャック３１および３２それぞれ
により吸着され、２８０℃に加熱され１バンプ当たり３
０〜４０ｇ程度の荷重を数十秒間加えられてボンディン
グされる。このときには、ＣＣＤチップ１０は、真空チ
ャック３１に強く吸着されているので、反りが矯正され
平坦になっている。

【００３０】そして、ＣＣＤチップ１０および支持基板
２０それぞれは、バンプボンディングが終了し室温まで
冷却され真空チャック３１および３２それぞれから外さ
れた状態では、図１（ｃ）に示すようなものとなる。す
なわち、ＣＣＤチップ１０は、再び元のように反ろうと
する応力が働く。その応力は、中央部分では金バンプ１
２を押し付ける方向であり、周辺部分では金バンプ１２
を引き剥がす方向である。

【００３１】しかし、本実施形態に係る半導体装置の場
合には、前述した従来技術とは異なり、何れの金バンプ
１２も、ＣＣＤチップ１０上のＡｌ配線層１１と剥がれ
ることはなく、且つ、支持基板２０上の多層金属電極層
２３とも剥がれることはない。その替わり、周辺部分に
おいてＡｌ配線層２２とポリイミド層２１とが剥がれ
る。これは、Ａｌ配線層２２とポリイミド層２１との接
着強度が、他の接続面における接着強度よりも弱いから
である。

【００３２】図２は、支持基板２０上のＡｌ配線層２２
とポリイミド層２１とが剥がれている様子の拡大断面図
である。この図に示すように、バンプボンディングが終
了して室温にまで冷却されると、ＣＣＤチップ１０に反
りが生じて、ＣＣＤチップ１０周辺部分において、Ａｌ
配線層２２とポリイミド層２１とは剥がれる。しかし、
ＣＣＤチップ１０とＡｌ配線層１１との間、Ａｌ配線層
１１と金バンプ１２との間、金バンプ１２と多層金属電
極層２３との間、多層金属電極層２３とＡｌ配線層２２
との間、Ａｌ配線層２２と支持基板層２０との間、およ
び、ポリイミド層２１と支持基板層２０との間は、それ
ぞれ強固に接着しているので剥がれることはない。

【００３３】発明者による実験によれば、バンプボンデ
ィングの条件を温度２８０℃および荷重４０ｇ／バンプ
とした場合、多層金属電極層２３と金バンプ１２との間
の接着強度は１５ｇ程度であり、ＣＣＤチップ１０上の
Ａｌ配線層１１と金バンプ１２との間の接着強度も同程
度であった。また、ポリイミド層２１表面への酸素プラ
ズマによるアッシング処理の条件を、酸素流量１００ｓ
ｃｃｍ、圧力１０Ｐａ、Ｒｆパワー１５０Ｗおよび処理
時間３０秒とした場合、Ａｌ配線層２２は、ドライエッ
チングによりパターニングできる程度にポリイミド層２
１との接着強度を有し、且つ、バンプボンディング終了
時にはポリイミド層２１が剥がれ、一方、何れの金バン
プ１２も、Ａｌ配線層１１または多層金属電極層２３と
剥がれることはなかった。さらに、Ａｌ配線層２２は、
支持基板２０と強固に接着し、また、大きな延性を有し
ているので、ポリイミド層２１と剥がれるに際して切断
されることはなかった。したがって、ＣＣＤチップ１０
上のＡｌ配線層１１と支持基板２０上のＡｌ配線層２２
との間で良好な電気的導通が得られた。

【００３４】（第２の実施形態）次に、第２の実施形態
について説明する。図３は、第２の実施形態に係る半導
体装置の断面図である。この図は、ＣＣＤチップ４０と
支持基板５０とのバンプボンディング終了後における長
手方向の断面図を示すものである。この図に示す半導体
装置は、バンプボンディングがほぼ等間隔になされてい
た図１に示す半導体装置と異なり、長手方向において、
両端の周辺部分それぞれの３箇所に等間隔にバンプボン
ディングＡがなされ、中央部分の４箇所に等間隔にバン
プボンディング（ダミーバンプ）Ｂがなされ、このバン
プボンディングＡとバンプボンディングＢとの間の間隔
は、隣接するバンプボンディングＡ同士またはＢ同士の
間の間隔よりも大きい。

【００３５】また、両端の周辺部分それぞれの３箇所の
バンプボンディングＡは、図１および図２に示したバン
プボンディングであって、支持基板５０とＡｌ配線層と
の間の一部領域にポリイミド層が形成されている。しか
し、中央部分の４箇所のバンプボンディングＢは、図８
に示した従来のバンプボンディングであって、支持基板
５０とその上のＡｌ配線層との間にポリイミド層はな
い。

【００３６】このような半導体装置の場合に、ＣＣＤチ
ップ４０の表面（支持基板５０に対向する面）が凸とな
るような反りが生じると、中央部分のバンプボンディン
グＢに対しては押さえつけようとする応力が働き、一
方、周辺部分のバンプボンディングＡに対しては引き剥
がそうとする力が働く。このような応力が働くことによ
り、バンプボンディングＡのうちの接着強度が最も弱い
Ａｌ配線層とポリイミド層との間においてのみ剥がれが
生じ、バンプボンディングＡのその他の接続面で剥がれ
ることはなく、また、バンプボンディングＢでは全く剥
がれることはない。したがって、このような半導体装置
の場合にも、反りが生じたとしても、何れのＡｌ配線層
も切断されることはなく良好な電気的導通が維持され、
且つ、バンプボンディングＢによりＣＣＤチップ４０お
よび支持基板５０は互いに強固に接続される。

【００３７】次に、この図３の断面図に示した半導体装
置を更に具体的に説明する。図４は、図３に示した半導
体装置のより具体的な説明図であり、ここでは、ＣＣＤ
チップ４０について裏面中央の薄型化部分４０Ａについ
ても図示している。図４（ａ）は、この半導体装置の平
面図である。ただし、破線の枠それぞれは、バンプボン
ディングがなされる領域を示すものである。また、図４
（ｂ）および（ｃ）それぞれは、図４（ａ）におけるＸ
−Ｘ切断面およびＹ−Ｙ切断面それぞれにおける断面図
である。この図４（ｂ）に示す断面図が、図３に示す断
面図と同等のものである。

【００３８】この図４中の破線枠で示したように、バン
プボンディングがなされる領域は、ＣＣＤチップ４０の
周囲の６箇所に分散されている。そのうちの４隅の領域
ＡＡでなされるバンプボンディングＡは、図１および図
２に示したバンプボンディングであって、支持基板５０
とＡｌ配線層との間の一部領域にポリイミド層が形成さ
れている。しかし、ＣＣＤチップ４０の長辺の中央付近
の領域ＢＢでなされるバンプボンディングＢは、図８に
示した従来のバンプボンディングであって、支持基板５
０とその上のＡｌ配線層との間にポリイミド層はない。

【００３９】ＣＣＤにおいては、高速駆動を図るべく配
線層長を最短にするために、電源電圧や電気信号につい
て電気的な導通をＣＣＤチップ４０の４隅でとるのが好
適である。すなわち、４隅の領域ＡＡでなされるバンプ
ボンディングＡは、電気的な導通をとるためのものであ
る。一方、領域ＢＢでなされるバンプボンディングＢ
は、必ずしも電気的な導通をとるために用いられるもの
ではなく、単に機械的に接続するためのものであっても
よい。

【００４０】このような半導体装置では、ＣＣＤチップ
４０の裏面中央に薄型化部分４０Ａが形成されているた
め反りだけでなく捻れも生じ得る。しかし、その場合で
あっても、領域ＡＡのバンプボンディングＡのうちの接
着強度が最も弱い支持基板５０上のＡｌ配線層とポリイ
ミド層との間においてのみ剥がれが生じ、バンプボンデ
ィングＡのその他の接続面で剥がれることはなく、ま
た、領域ＢＢのバンプボンディングＢでは全く剥がれる
ことはない。したがって、何れのＡｌ配線層も切断され
ることはなく、良好な電気的導通が維持され、かつ、充
分な機械的強度が確保される。

【００４１】（第３の実施形態）次に、第３の実施形態
について説明する。図５は、第３の実施形態に係る半導
体装置の断面図である。この図は、ＣＣＤチップ（半導
体基板）６０と支持基板７０とがバンプボンディングし
て構成される半導体装置を示すものであり、図５（ａ）
はバンプボンディング直前における断面図、図５（ｂ）
はバンプボンディング中における断面図、図５（ｃ）は
バンプボンディング終了後における断面図である。

【００４２】ＣＣＤチップ６０は、第１の実施形態にお
けるＣＣＤチップ１０と同様に、その表面の一部領域
に、所定パターンのＡｌ配線層６１が施されており、更
にＡｌ配線層６１上の離散的な各位置（この図でも５箇
所）に超音波ワイヤボンダを使用して金バンプ６２が形
成されている。

【００４３】一方、支持基板７０表面の離散的な領域
（この図でも５つの領域）に、絶縁層としてのポリイミ
ド層７１が形成されている。更に、支持基板７０の上に
施されているＡｌ配線層７２は、一部領域がポリイミド
層７１表面に形成され、その他の領域が支持基板７０表
面に直接に形成されている。このＡｌ配線層７２と支持
基板７０とが直接に接触している部分では強く接着して
いる。そして、このＡｌ配線層７２表面であってポリイ
ミド層７１の上方には、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉからなる多層
金属電極層７３がリフトオフ法により形成されている。

【００４４】本実施形態において、支持基板７０、ポリ
イミド層７１、Ａｌ配線層７２および多層金属電極層７
３は、第１の実施形態と略同様に形成されているが、以
下の点で第１の実施形態とは異なる。すなわち、本実施
形態では、支持基板７０表面に密着材を塗布することな
く、支持基板７０表面上に直接にポリイミド層７１を形
成して、支持基板７０表面の絶縁膜（例えばシリコン酸
化膜）とポリイミド層７１との接着強度を弱いままにし
ておく。一方、ポリイミド層７１表面を、酸素プラズマ
でアッシング処理して凹凸を形成し、ポリイミド層７１
とＡｌ配線層７２との接着強度を強くする。

【００４５】本実施形態でも、支持基板７０は、反りが
生じさせないようすることができる一方、ＣＣＤチップ
６０は、一方の表面にのみ堆積された熱酸化膜やＰＳＧ
膜に起因して反りが生じ、その反りの方向や程度はチッ
プ毎に異なる。図５（ａ）に示すように、ＣＣＤチップ
６０と支持基板７０とは互いには平行とはならず、一般
には、ＣＣＤチップ６０の表面（支持基板７０に対向す
る面）が凸になるように反るため、両者の間隔は、中央
部分ほど狭く、周辺部分ほど広い。

【００４６】バンプボンディングに際しては、図５
（ｂ）に示すように、ＣＣＤチップ６０および支持基板
７０それぞれは、真空チャック３１および３２それぞれ
により吸着され、２８０℃に加熱され１バンプ当たり３
０〜４０ｇ程度の荷重を数十秒間加えられてボンディン
グされる。このときには、ＣＣＤチップ６０は、真空チ
ャック３１に強く吸着されているので、反りが矯正され
平坦になっている。

【００４７】そして、ＣＣＤチップ６０および支持基板
７０それぞれは、バンプボンディングが終了し室温まで
冷却され真空チャック３１および３２それぞれから外さ
れた状態では、図５（ｃ）に示すようなものとなる。す
なわち、ＣＣＤチップ６０は、再び元のように反ろうと
する応力が働く。その応力は、中央部分では金バンプ６
２を押し付ける方向であり、周辺部分では金バンプ６２
を引き剥がす方向である。

【００４８】しかし、本実施形態に係る半導体装置の場
合も、第１の実施形態の場合と同様に、何れの金バンプ
６２も、ＣＣＤチップ６０上のＡｌ配線層６１と剥がれ
ることはなく、且つ、支持基板７０上の多層金属電極層
７３とも剥がれることはない。ただし、第１の実施形態
の場合と異なり、本実施形態では、周辺部分において支
持基板７０とポリイミド層７１とが剥がれる。これは、
支持基板７０とポリイミド層７１との接着強度が、他の
接続面における接着強度よりも弱いからである。

【００４９】図６は、ポリイミド層７１が支持基板７０
から剥がれている様子の拡大断面図である。この図に示
すように、バンプボンディングが終了して室温にまで冷
却されると、ＣＣＤチップ６０に反りが生じて、ＣＣＤ
チップ６０周辺部分において、支持基板７０とポリイミ
ド層７１とは剥がれる。しかし、ＣＣＤチップ６０とＡ
ｌ配線層６１との間、Ａｌ配線層６１と金バンプ６２と
の間、金バンプ６２と多層金属電極層７３との間、多層
金属電極層７３とＡｌ配線層７２との間、Ａｌ配線層７
２と支持基板層７０との間、および、Ａｌ配線層７２と
ポリイミド層７１との間は、それぞれ強固に接着してい
るので剥がれることはない。

【００５０】本実施形態に係る半導体装置でも、第１の
実施形態の場合と同様に、何れの金バンプ６２も、Ａｌ
配線層６１または多層金属電極層７３と剥がれることは
なく、また、Ａｌ配線層７２は、支持基板７０と強固に
接続して切断されることはなく、したがって、ＣＣＤチ
ップ６０上のＡｌ配線層６１と支持基板７０上のＡｌ配
線層７２との間で良好な電気的導通が得られる。さら
に、本実施形態の場合には、Ａｌ配線層７２には常にポ
リイミド層７１が接着しているので、Ａｌ配線層７２
は、ポリイミド層７１に保護され、信頼性が高い。

【００５１】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく種々の変形が可能である。例えば、第３の実施
形態に係る半導体装置の変形例として、第２の実施形態
（図３、図４）のような構成としてもよい。

【００５２】また、ＣＣＤチップと支持基板との間の空
隙に樹脂を注入して硬化させることで両者を固定すれ
ば、半導体装置全体として更に機械的強度が強くなるの
で好適である。

【００５３】また、上記何れの実施形態の説明において
も、支持基板側にポリイミド層を設けたが、ＣＣＤチッ
プ側に設けてもよいし、支持基板側およびＣＣＤチップ
側の双方に設けてもよい。ただし、上記実施形態のよう
に、支持基板側にポリイミド層を設けた方が、ＣＣＤチ
ップについては従来通りの工程で製造できるので好適で
ある。

【００５４】また、このポリイミド層に替えて、上述し
た作用を奏する他の材料からなる絶縁層であってもよ
い。また、半導体装置は、共にシリコン材料であるＣＣ
Ｄチップと支持基板とからなる裏面照射型ＣＣＤとして
説明したが、両基板は、シリコンに限られるものではな
く、例えば、他の半導体材料からなる基板であってもよ
いし、また、支持基板はセラミック基板であってもよ
い。半導体装置は、２枚の基板が互いに異種の材料から
なるものであってもよいし、また、ＣＣＤに限られるも
のではない。

【００５５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり本発明によ
れば、支持基板上の一部領域に絶縁層が形成され、支持
基板上の配線層は支持基板の表面から絶縁層の表面にわ
たって形成され、半導体基板の配線層および支持基板の
配線層は絶縁層が形成されている領域上において互いに
バンプボンディングされており、絶縁層と支持基板との
間の接着強度および絶縁層と支持基板上の配線層との間
の接着強度の一方はバンプボンディングの接着強度より
も弱い。このような構成とすることにより、半導体基板
および支持基板の双方または一方が反ったり捻れたりし
た場合であっても、絶縁層と支持基板との間または絶縁
層と支持基板上の配線層との間の何れかが優先して剥が
れ、バンプボンディングは剥がれることはない。したが
って、支持基板の配線層と半導体基板の配線層との間で
電源電圧や電気信号について電気的な導通が良好に維持
される。

【００５６】また、半導体基板および支持基板が互いに
重なる領域のうちの中央領域においてダミーバンプによ
り機械的に接続され、周辺部分においてバンプボンディ
ングがなされている場合には、中央領域ほど間隔が狭く
なるように反ると、周辺領域のバンプボンディング部分
における絶縁層が支持基板またはその上の配線層と剥が
れるものの良好な電気的導通が維持され、且つ、中央領
域のダミーバンプにより機械的強度が確保される。ま
た、半導体基板と支持基板との間の空隙に絶縁性樹脂が
注入され硬化されている場合には、半導体基板と支持基
板とは絶縁性樹脂により更に強固に接続されて機械的強
度が確保される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る半導体装置の断面図であ
り、（ａ）はバンプボンディング直前における断面図、
（ｂ）はバンプボンディング中における断面図、（ｃ）
はバンプボンディング終了後における断面図である。

【図２】第１の実施形態に係る半導体装置の支持基板上
のＡｌ配線層とポリイミド層とが剥がれている様子の拡
大断面図である。

【図３】第２の実施形態に係る半導体装置の断面図であ
る。

【図４】第２の実施形態に係る半導体装置のより具体的
な説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）および（ｃ）
それぞれは互いに異なる切断面における断面図である。

【図５】第３の実施形態に係る半導体装置の断面図であ
り、（ａ）はバンプボンディング直前における断面図、
（ｂ）はバンプボンディング中における断面図、（ｃ）
はバンプボンディング終了後における断面図である。

【図６】第３の実施形態に係る半導体装置の支持基板上
のＡｌ配線層とポリイミド層とが剥がれている様子の拡
大断面図である。

【図７】ＣＣＤチップと支持基板とがバンプボンディン
グされてなる従来の裏面照射型ＣＣＤの断面図である。

【図８】バンプボンディングにおける反りに関する問題
を説明するための断面図である。

【符号の説明】

１０…ＣＣＤチップ、１１…Ａｌ配線層、１２…金バン
プ、２０…支持基板、２１…ポリイミド層、２２…Ａｌ
配線層、２３…多層金属電極層、３１，３２…真空チャ
ック、４０…ＣＣＤチップ、５０…支持基板、６０…Ｃ
ＣＤチップ、６１…Ａｌ配線層、６２…金バンプ、７０
…支持基板、７１…ポリイミド層、７２…Ａｌ配線層、
７３…多層金属電極層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上の配線層および支持基板上
の配線層が互いにバンプボンディングにより接続されて
なる半導体装置であって、前記支持基板上の一部領域に
絶縁層が形成され、前記支持基板上の配線層は前記支持
基板の表面から前記絶縁層の表面にわたって形成され、
前記半導体基板の配線層および前記支持基板の配線層は
前記絶縁層が形成されている領域上において互いにバン
プボンディングされており、前記絶縁層と前記支持基板
との間の接着強度および前記絶縁層と前記支持基板およ
び前記絶縁層上の配線層との間の接着強度の一方は前記
バンプボンディングの接着強度よりも弱い、ことを特徴
とする半導体装置。
【請求項２】前記半導体基板および前記支持基板が互
いに重なる領域のうちの中央領域においてダミーバンプ
により機械的に結合され、周辺部分において前記バンプ
ボンディングがなされている、ことを特徴とする請求項
１記載の半導体装置。
【請求項３】前記半導体基板と前記支持基板との間の
空隙に絶縁性樹脂が注入され硬化されている、ことを特
徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】前記絶縁層はポリイミド層である、こと
を特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】前記絶縁層は密着材が塗布された前記支
持基板上に形成されている、ことを特徴とする請求項１
記載の半導体装置。
【請求項６】前記絶縁層は前記支持基板上に直接に形
成されている、ことを特徴とする請求項１記載の半導体
装置。
【請求項７】前記絶縁層は表面に酸素プラズマ処理が
なされている、ことを特徴とする請求項１記載の半導体
装置。