JP2005197382A - 半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部端子に加えられる応力を緩和することによって、半導体装置の信頼性の向上を図ることにある。
【解決手段】 半導体装置の製造方法は、（ａ）集積回路１２が形成された半導体基板１０に、第１の領域よりも第２の領域が低くなるように絶縁層１８を形成すること、（ｂ）樹脂層２０を、第１及び第２の領域上において、第２の領域に外周端部が配置されるように形成すること、（ｃ）樹脂層２０に至るように配線層３０を形成すること、（ｄ）配線層３０に電気的に接続する外部端子３８を形成すること、を含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器に関する。

半導体装置の一形態であるＷ−ＣＳＰ（Wafer Level CSP）では、半導体基板上に樹脂層を形成し、樹脂層上に配線層を形成し、配線層上に外部端子を形成する。樹脂層によって、配線層及び外部端子に加えられる応力を緩和することができる。樹脂層は、所定形状にパターニングした後、硬化させて成形する。

従来、硬化後の樹脂層は、その中央部から外周端部の方向にかけて隆起する場合があった。これによって、樹脂層の外周端部付近に設けられる外部端子が、半導体基板の面から傾斜して設けられ、マザーボードなどへの実装時に外部端子に応力が集中することがあった。また、樹脂層の隆起によって、樹脂層上に形成される配線層が損傷することがあった。

本発明の目的は、外部端子に加えられる応力を緩和することによって、半導体装置の信頼性の向上を図ることにある。
国際公開第ＷＯ９８／２５２９７号パンフレット

（１）本発明に係る半導体装置の製造方法は、
（ａ）集積回路が形成された半導体基板に、第１の領域よりも第２の領域が低くなるように絶縁層を形成すること、
（ｂ）樹脂層を、前記第１及び第２の領域上において、前記第２の領域に外周端部が配置されるように形成すること、
（ｃ）前記樹脂層に至るように配線層を形成すること、
（ｄ）前記配線層に電気的に接続する外部端子を形成すること、
を含む。本発明によれば、樹脂層の外周端部を、絶縁層によって低く形成された第２の領域に配置する。これによって、樹脂層の外周端部が隆起するのを防止することができ、樹脂層上に形成される配線層の損傷などをなくすことができる。また、樹脂層の上面をほぼ平坦にすることができるので、外部端子を半導体基板の面にほぼ垂直に設けることができ、例えば回路基板への実装時に外部端子に応力が集中するのを防止することができる。したがって、半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。
（２）この半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板には、前記集積回路を覆うパッシベーション膜が形成され、
前記（ａ）工程で、前記絶縁層を前記パッシベーション膜上に形成してもよい。
（３）この半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程で、前記絶縁層を樹脂から形成してもよい。
（４）この半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程で、前記第２の領域が前記第１の領域の周囲に配置されるように、前記絶縁層を形成してもよい。
（５）この半導体装置の製造方法において、
前記（ｂ）工程で、前記樹脂層を、前記半導体基板側の下面が上面よりも広がる方向のテーパが側面に付されるように形成し、かつ、前記上面の外周端部が前記第２の領域の上方に配置されるように形成してもよい。
（６）この半導体装置の製造方法において、
前記絶縁層及び前記樹脂層を同一材料から形成してもよい。
（７）本発明に係る半導体装置は、
集積回路が形成された半導体基板と、
第１の領域よりも第２の領域が低くなるように前記半導体基板に形成された絶縁層と、
前記第１及び第２の領域上において、前記第２の領域に外周端部が配置されるように形成された樹脂層と、
前記樹脂層に至るように形成された配線層と、
前記配線層に電気的に接続して形成された外部端子と、
を含む。本発明によれば、樹脂層の外周端部が、絶縁層によって低く形成された第２の領域に配置されている。これによって、樹脂層の外周端部が隆起するのが防止され、樹脂層上に形成される配線層の損傷などをなくすことができる。また、樹脂層の上面をほぼ平坦にすることができるので、外部端子を半導体基板の面にほぼ垂直に設けることができ、例えば回路基板への実装時に外部端子に応力が集中するのを防止することができる。したがって、半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。
（８）この半導体装置において、
前記半導体基板に形成され、前記集積回路を覆うパッシベーション膜をさらに含み、
前記絶縁層は、前記パッシベーション膜上に形成されていてもよい。
（９）この半導体装置において、
前記絶縁層は、樹脂から形成されていてもよい。
（１０）この半導体装置において、
前記第２の領域は、前記第１の領域の周囲に配置されていてもよい。
（１１）この半導体装置において、
前記樹脂層は、前記半導体基板側の下面が上面よりも広がる方向のテーパが側面に付して形成され、
前記樹脂層の上面の外周端部は、前記第２の領域の上方に配置されていてもよい。
（１２）この半導体装置において、
前記絶縁層及び前記樹脂層は同一材料から形成されていてもよい。
（１３）本発明に係る回路基板は、上記半導体装置が実装されている。
（１４）本発明に係る電子機器は、上記半導体装置を有する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１〜図８は、本発明の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法を説明する図である。図１は半導体基板の平面図であり、図２は図１のII−II線断面図である。図１では構成要素の一部が省略されている。半導体装置の製造方法は、半導体パッケージングプロセスであり、いわゆるＷ−ＣＳＰ（Wafer Level CSP）の形成工程であってもよい。

図２に示すように、半導体基板１０（例えば半導体ウエハ）には、集積回路１２が形成されている。半導体基板１０を複数の半導体チップに切り出す場合、個々の半導体チップが個々の集積回路１２を有することになる。

半導体基板１０の表面（集積回路１２側の面）には、パッシベーション膜１４が形成されていてもよい。パッシベーション膜１４は集積回路１２を覆うように形成されている。例えば、ＳｉＯ_２又はＳｉＮ等の無機材料で、パッシベーション膜１４を形成してもよい。パッシベーション膜１４を複数層で形成してもよい。その場合、少なくとも１層（例えば表面層）を有機材料（例えば樹脂）で形成してもよい。半導体基板１０には、パッド（例えばアルミパッド）１６が形成されている。パッド１６は、集積回路１２に電気的に接続されている。複数のパッド１６は、集積回路１２の領域の周囲（例えば対向する２列又は４列）に配列されていてもよい。パッシベーション膜１４は、パッド１６の少なくとも中央部を避けて形成されている。パッド１６は、半導体基板１０の表面から露出している。

半導体基板１０に絶縁層１８を形成する。絶縁層１８は、半導体基板１０上において、第１の領域６０よりも第２の領域６２が低くなるように形成する。第１の領域６０と第２の領域６２の高低差は、樹脂層２０の厚み（例えば中央部の厚み）の１０％程度（例えば２〜３μｍ）であってもよい。図１に示すように、第２の領域６２は第１の領域６０の周囲に（例えば全体を囲むように）配置してもよい。第１及び第２の領域６０，６２上には、樹脂層２０が形成される。第１及び第２の領域６０，６２は、複数のパッド１６で囲まれた領域（集積回路１２の領域）に配置してもよい。

図２に示すように、絶縁層１８をパッシベーション膜１４上に形成してもよい。ほぼ平坦な表面を有するパッシベーション膜１４上に、絶縁層１８を形成することによって第１の領域６０を形成してもよい。第２の領域６２には、絶縁層１８が形成されずにパッシベーション膜１４が露出していてもよいし、絶縁層１８が第１の領域６０よりも薄く形成されていてもよい。図１に示すように、絶縁層１８は、第１及び第２の領域６０，６２の周辺領域にも形成してもよい。その場合、絶縁層１８には、第２の領域６２にオーバーラップしてスリットが形成されている。絶縁層１８をパッド１６の周囲にも形成してもよい。その場合、絶縁層１８のパッド１６にオーバーラップする領域に開口部を形成する。

絶縁層１８は樹脂から形成してもよい。樹脂前駆体をパターニングして設け、その樹脂前駆体を硬化させることによって、絶縁層１８を形成してもよい。絶縁層１８のパターニングにはフォトリソグラフィ技術を適用してもよい。絶縁層１８は、樹脂層２０と同じ材料から形成してもよい。変形例として、絶縁層１８は無機系の材料から形成してもよい。

変形例として、絶縁層１８はパッシベーション膜を含んでもよい。パッシベーション膜を、半導体基板１０上において、第１の領域６０よりも第２の領域６２が低くなるように形成してもよい。

図３に示すように、半導体基板１０に樹脂層２０を形成する。詳しくは、半導体基板１０（パッシベーション膜１４又は絶縁層１８）上に樹脂前駆体をパターニングして設け、その樹脂前駆体を硬化させることによって、樹脂層２０を形成する。樹脂前駆体のパターニングには、フォトリソグラフィ技術を適用してもよいし、あるいはインクジェット方式を適用してもよい。樹脂層２０は、１層で形成してもよいし、複数層で形成してもよい。樹脂層２０は、応力緩和層であってもよい。樹脂層２０は、ポリイミド樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ；benzocyclobutene）、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ；polybenzoxazole）等で形成することができる。

樹脂層２０は、第１及び第２の領域６０，６２上に形成し、かつ、第２の領域６２に外周端部（アウトライン及びそれよりもわずかに内側の部分）が配置されるように形成する。図１に示すように、第１の領域６０に樹脂層２０の中央部を配置し、第２の領域６２に樹脂層２０の外周端部を配置してもよい。本実施の形態では、第２の領域６２は第１の領域６０よりも低くなっている。そのため、硬化前の樹脂前駆体の状態では、中央部よりも外周端部が低くなるように設けられる。樹脂前駆体を硬化すると、樹脂の硬化収縮によって、図３の２点鎖線に示すように、樹脂層は中央部から外周端部の方向にかけて隆起する場合がある。本実施の形態では、樹脂層の外周端部が隆起した場合であっても、もともと外周端部が中央部よりも低くなっているので、樹脂層２０の上面をほぼ平坦にすることができる。すなわち、樹脂層２０の隆起部を小さくすることができる。あるいは、樹脂層２０に隆起部を形成することがない。

図３に示すように、樹脂層２０を、半導体基板１０側の下面が上面よりも広がる方向に側面にテーパが付されるように形成してもよい。すなわち、樹脂層２０の断面形状は、根元部分が次第に広がっていてもよい。その場合、樹脂層２０は、その上面の外周端部が第２の領域６２の上方に配置されるように形成する。樹脂層２０の下面の外周端部も第２の領域６２上に配置される。

樹脂層２０は、第１及び第２の領域６０，６２以外にも形成してもよい。例えば、樹脂層２０をパッド１６の周辺領域に形成してもよい。その場合、樹脂層２０はパッド１６上を避けるように形成する。樹脂層２０は、半導体基板１０の切断用領域（ダイシングライン）を避けるように形成してもよい。半導体基板１０の複数領域（複数の集積回路１２が形成された領域）のそれぞれに、樹脂層２０を形成してもよい。その場合、隣同士の樹脂層２０の間にはスペースがある。

図４に示すように、樹脂層２０上に至るように配線層３０を形成する。配線層３０は、１層で形成してもよいし、複数層で形成してもよい。例えば、スパッタリングでＴｉＷ層及びＣｕ層を積層し、その上にメッキによってＣｕ層を形成してもよい。その形成方法には、公知の技術を適用することができる。配線層３０は、パッド１６上を通るように（パッド１６と電気的に接続されるように）形成する。配線層３０は、パッド１６上から樹脂層２０上に形成する。配線層３０は、電気的接続部３２を有するように形成してもよい。電気的接続部３２は樹脂層２０上に形成され、外部端子３８が設けられる。電気的接続部３２は、ラインよりも幅の広いランドであってもよい。本実施の形態では、樹脂層２０の隆起部が小さい又は形成されないので、配線層３０の損傷（断線又はひび割れ）を防止することができる。

図５に示すように、電気的接続部３２を避けて、被覆層（例えばソルダレジスト層）３４を形成する。被覆層３４は配線層３０を覆う。被覆層３４は、電気的接続部３２の上方に開口部３６を有するようにパターニングする。そのパターニングには、フォトリソグラフィ技術を適用してもよい。本実施の形態では、樹脂層２０の隆起部が小さい又は形成されないので、被覆層３４が隆起部付近で厚く形成されるのを防止することができる。したがって、被覆層３４の過剰な硬化収縮を防止することができ、配線層３０又は半導体基板１０の損傷を防止することができる。

図６に示すように、外部端子３８を形成する。外部端子３８は、配線層３０に電気的に接続する。外部端子３８は、配線層３０の開口部３６からの露出部（電気的接続部３２）に形成する。外部端子３８は、軟ろう（soft solder）又は硬ろう（hard solder）のいずれで形成してもよい。外部端子３８と半導体基板１０との間に樹脂層２０が介在する。なお、外部端子３８の少なくとも下端部（根元部）を覆うように、被覆層４０を形成してもよい。被覆層４０によって、外部端子３８に加えられる応力を緩和することができる。

その後、図７に示すように、半導体基板１０をブレード４２などによって、切断（ダイシング）する。こうして、図８に示すように半導体装置を得ることができる。この半導体装置は、半導体チップ５０を有する。半導体チップ５０は、半導体基板１０から切り出されたものであってもよい。この半導体装置の詳細は、上述した内容を適用することができる。あるいは、本実施の形態に係る半導体装置は、半導体ウエハを有してもよい。

図９には、本実施の形態で説明した半導体装置１が実装された回路基板（例えばマザーボード）１０００が示されている。この半導体装置を有する電子機器として、図１０にはノート型パーソナルコンピュータ２０００が示され、図１１には携帯電話３０００が示されている。

本実施の形態によれば、樹脂層２０の外周端部を、絶縁層１８によって低く形成された第２の領域６２に配置する。これによって、樹脂層２０の外周端部が隆起するのを防止することができ、樹脂層２０上に形成される配線層３０の損傷などをなくすことができる。また、樹脂層２０の上面をほぼ平坦にすることができるので、外部端子３８を半導体基板１０の面にほぼ垂直に設けることができ、回路基板１０００への実装時に外部端子３８に応力が集中するのを防止することができる。したがって、半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。

本発明は、上述した実施の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、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図６は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図８は、本発明の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法を説明する図である。 図９は、本発明の実施の形態に係る回路基板を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態に係る電子機器を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態に係る電子機器を示す図である。

符号の説明

１０…半導体基板 １２…集積回路 １４…パッシベーション膜 １６…パッド
１８…絶縁層 ２０…樹脂層 ２２…突起部 ２４…レジスト層
２６…エッチングガス ３０…配線層 ３２…電気的接続部 ３４…被覆層
３６…開口部 ３８…外部端子 ４０…被覆層 ６０…第１の領域 ６２…第２の領域

Claims (14)

1. （ａ）集積回路が形成された半導体基板に、第１の領域よりも第２の領域が低くなるように絶縁層を形成すること、
   （ｂ）樹脂層を、前記第１及び第２の領域上において、前記第２の領域に外周端部が配置されるように形成すること、
   （ｃ）前記樹脂層に至るように配線層を形成すること、
   （ｄ）前記配線層に電気的に接続する外部端子を形成すること、
   を含む半導体装置の製造方法。
2. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記半導体基板には、前記集積回路を覆うパッシベーション膜が形成され、
   前記（ａ）工程で、前記絶縁層を前記パッシベーション膜上に形成する半導体装置の製造方法。
3. 請求項１又は請求項２記載の半導体装置の製造方法において、
   前記（ａ）工程で、前記絶縁層を樹脂から形成する半導体装置の製造方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
   前記（ａ）工程で、前記第２の領域が前記第１の領域の周囲に配置されるように、前記絶縁層を形成する半導体装置の製造方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
   前記（ｂ）工程で、前記樹脂層を、前記半導体基板側の下面が上面よりも広がる方向のテーパが側面に付されるように形成し、かつ、前記上面の外周端部が前記第２の領域の上方に配置されるように形成する半導体装置の製造方法。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
   前記絶縁層及び前記樹脂層を同一材料から形成する半導体装置の製造方法。
7. 集積回路が形成された半導体基板と、
   第１の領域よりも第２の領域が低くなるように前記半導体基板に形成された絶縁層と、
   前記第１及び第２の領域上において、前記第２の領域に外周端部が配置されるように形成された樹脂層と、
   前記樹脂層に至るように形成された配線層と、
   前記配線層に電気的に接続して形成された外部端子と、
   を含む半導体装置。
8. 請求項７記載の半導体装置において、
   前記半導体基板に形成され、前記集積回路を覆うパッシベーション膜をさらに含み、
   前記絶縁層は、前記パッシベーション膜上に形成されてなる半導体装置。
9. 請求項７又は請求項８記載の半導体装置において、
   前記絶縁層は、樹脂から形成されてなる半導体装置。
10. 請求項７から請求項９のいずれかに記載の半導体装置において、
    前記第２の領域は、前記第１の領域の周囲に配置されてなる半導体装置。
11. 請求項７から請求項１０のいずれかに記載の半導体装置において、
    前記樹脂層は、前記半導体基板側の下面が上面よりも広がる方向のテーパが側面に付して形成され、
    前記樹脂層の上面の外周端部は、前記第２の領域の上方に配置されてなる半導体装置。
12. 請求項７から請求項１１のいずれかに記載の半導体装置において、
    前記絶縁層及び前記樹脂層は同一材料から形成されてなる半導体装置。
13. 請求項７から請求項１２のいずれかに記載の半導体装置が実装された回路基板。
14. 請求項７から請求項１２のいずれかに記載の半導体装置を有する電子機器。

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