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JP7001530B2 - 半導体装置 - Google Patents

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JP7001530B2
JP7001530B2 JP2018078590A JP2018078590A JP7001530B2 JP 7001530 B2 JP7001530 B2 JP 7001530B2 JP 2018078590 A JP2018078590 A JP 2018078590A JP 2018078590 A JP2018078590 A JP 2018078590A JP 7001530 B2 JP7001530 B2 JP 7001530B2
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pad
vialand
pads
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和之 中川
伸治 馬場
洋 小泉
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Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
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    • H01L2224/13101Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/13111Tin [Sn] as principal constituent
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    • H01L2224/13101Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/13113Bismuth [Bi] as principal constituent
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    • H01L2224/13101Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/13116Lead [Pb] as principal constituent
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    • H01L2224/13138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/13139Silver [Ag] as principal constituent
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    • H01L2224/13138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/13147Copper [Cu] as principal constituent
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    • H01L2224/13138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/13155Nickel [Ni] as principal constituent
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    • H01L2224/16012Structure relative to the bonding area, e.g. bond pad
    • H01L2224/16013Structure relative to the bonding area, e.g. bond pad the bump connector being larger than the bonding area, e.g. bond pad
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    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/16237Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the bump connector connecting to a bonding area disposed in a recess of the surface of the item
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    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/16238Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the bump connector connecting to a bonding area protruding from the surface of the item
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    • H01L2224/29298Fillers
    • H01L2224/29299Base material
    • H01L2224/29386Base material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
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    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
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    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73201Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203Bump and layer connectors
    • H01L2224/73204Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
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    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73253Bump and layer connectors
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    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/8138Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/81399Material
    • H01L2224/814Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/81438Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/81444Gold [Au] as principal constituent
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    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/8138Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/81399Material
    • H01L2224/814Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/81438Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/81447Copper [Cu] as principal constituent
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Description

本発明は、半導体装置に関し、例えば、高速で信号を伝送する半導体チップを備える半導体装置に適用して有効な技術に関する。
特許文献1(特開2008―124398号公報)には、サブトラクティブ法により微細配線が形成された導体箔付き樹脂テープを、ビルドアップ工法により形成された配線層上に貼り付ける半導体装置の製造方法が記載されている。
特許文献2(特表2013―514668号公報)には、ビアランドを介さずに、ビアと配線とが接合された構造が記載されている。
特開2008―124398号公報 特表2013―514668号公報
本願発明者は、半導体装置の性能を向上させる技術開発を行っている。この一環として、配線基板上に搭載された半導体チップに入力される信号、あるいは半導体チップから出力される信号の伝送経路を高密度化する技術開発に取り組んでいる。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態による半導体装置は、フリップチップ接続方式で半導体チップと電気的に接続される複数のパッドを備える配線基板を有する。上記配線基板は、第1信号が伝送される第1パッドと、上記第1信号と異なる第2信号が伝送される第2パッドが形成されるパッド形成層と、上記パッド形成層の最も近くにある第1配線層と、を有する。上記第1配線層には、第1パッドと重なる第1ビアランド、第1ビアランドに接続される第1配線、および上記第2パッドに電気的に接続され、第1方向に延びる第2配線が形成される。上記第1方向と交差する第2方向において、上記第1ビアランドの幅は、上記第1配線の幅より大きい。上記第2配線は、上記第1ビアランドと隣り合い、かつ、上記第1パッドと重なる。
上記一実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。
電子装置の構成例を示す説明図である。 図1に示す電子装置が備える回路の構成例を示す説明図である。 図1に示す二個の半導体装置のうちの一方の半導体装置の上面図である。 図3に示す半導体装置の下面図である。 図3に示す放熱板を取り除いた状態で配線基板上の半導体装置の内部構造を示す平面図である。 図3のA-A線に沿った断面図である。 図6に示す半導体チップの電極配置面の平面図である。 図7のA部の拡大平面図である。 図6に示す配線基板の上面において、図8に示す複数の電極と対向する端子(パッド)の周辺を拡大して示す拡大平面図である。 図9のA-A線に沿った拡大断面図である。 図9のB-B線に沿った拡大断面図である。 図9と同じ平面において、図6に示す第2配線層を示す拡大平面図である。 図10に示すパッド、ビア、ビアランド、配線、および導体パターンの平面視における位置関係を示す拡大平面図である。 図13に示す複数の信号伝送経路のうちの一つをさらに拡大して示す拡大平面図である。 図13のA-A線に沿った拡大断面図である。 図12に示す第1配線層の下層の第2配線層の拡大平面図である。 図16に示す第2配線層の下層の第3配線層の拡大平面図である。 図5のA部の拡大平面図である。 図18のA-A線の拡大断面図である。 図10に示す第1配線層のビアランド上にビアを形成する工程を示す拡大断面図である。 図10に示す第1配線層のビアランド上にビアを形成する工程を示す拡大断面図である。 図10に示す第1配線層のビアランド上にビアを形成する工程を示す拡大断面図である。 図10に示す第1配線層のビアランド上にビアを形成する工程を示す拡大断面図である。 図11に対する変形例である半導体装置の拡大断面図である。 図6に示す半導体装置に対する変形例である半導体装置を示す断面図である。 図25に示す半導体装置において、図10に対応する部分を拡大して示す拡大断面図である。 図11に対する他の変形例である半導体装置の拡大断面図である。 図6に示す半導体装置に対する他の変形例である半導体装置を示す断面図である。 図6に示す半導体装置に対する他の変形例である半導体装置を示す断面図である。 図29に示す半導体装置が備える配線基板のパッド形成層における複数のパッドのレイアウト例を示す拡大平面図である。
(本願における記載形式・基本的用語・用法の説明)
本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクション等に分けて記載するが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、記載の前後を問わず、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しの説明を省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「AからなるX」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、A以外の要素を含むものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Aを主要な成分として含むX」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe(シリコン・ゲルマニウム)合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。また、金メッキ、Cu層、ニッケル・メッキ等といっても、そうでない旨、特に明示した場合を除き、純粋なものだけでなく、それぞれ金、Cu、ニッケル等を主要な成分とする部材を含むものとする。
さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。また、以下の説明において、ある値と他の値とが「同じ」、あるいは「同一」と記載する場合があるが、「同じ」または「同一」の意味は、厳密に全く同じである場合の他、実質的に同等と見做せる範囲内において誤差がある場合も含む。
また、実施の形態の各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するため、あるいは領域の境界を明示するために、ハッチングやドットパターンを付すことがある。
<電子装置>
まず、図1および図2を用いて、マザーボード上に複数の半導体装置(半導体パッケージ)が搭載され、複数の半導体装置の間で、電気信号を伝送する電子装置の構成例について説明する。図1は、本実施の形態の半導体装置を含む電子装置の構成例を示す説明図である。また、図2は、図1に示す電子装置が備える回路の構成例を示す説明図である。なお、図1では、半導体装置PKG1と半導体装置PKG2とが電気的に接続されていることを明示的に示すため、図2に示す信号伝送経路SGPを太線により模式的に示す。
図1に示す電子装置(電子機器)EDV1は、配線基板(マザーボード、実装基板)MB1と、配線基板MB1に搭載される半導体装置PKG1および半導体装置PKG2と、を有する。半導体装置PKG1と半導体装置PKG2とは、配線基板MB1に形成された信号伝送経路SGPを介して、互いに電気的に接続される。信号伝送経路SGPを介して伝送される信号には、半導体装置PKG1から出力される信号SGTと、半導体装置PKG1に入力される信号SGRとが含まれる。また、信号伝送経路SGPには、信号SGTが伝送される信号伝送経路SGPTと、信号SGRが伝送される信号伝送経路SGPRと、が含まれる。
図1に示す例では、信号SGTは、半導体装置PKG1から出力され、かつ、半導体装置PKG2に入力される。また、信号SGRは、半導体装置PKG2から出力され、かつ、半導体装置PKG1に入力される。ただし、信号SGTの出力先や信号SGRの出力元は、図1に示す例には限定されず、種々の変形例がある。図1に示す半導体装置PKG1と半導体装置PKG2とは、同様の構造なので、以下では代表的に半導体装置PKG1について説明する。
図2に示すように、電子装置EDV1は、複数の信号伝送経路SGPを有する。信号伝送経路SGPは、例えば5Gbps(Gigabit per second)以上の伝送速度で信号が伝送される、高速伝送経路(高速信号伝送経路)である。なお、本実施の形態では、高速伝送経路である信号伝送経路SGPの一例として、複数の信号伝送経路SGPのそれぞれに異なる信号が伝送される、所謂、シングルエンド構造の伝送経路を取り上げて説明する。ただし、以下で説明する技術は、差動対を構成する一対の信号伝送経路を介して一つの信号を伝送する、差動方式の伝送経路にも適用できる。
図2に示すように、半導体装置PKG1が有する半導体チップ(半導体部品、電子部品)CHP1は、複数の電極を備えている。半導体チップCHP1が有する複数の電極は、出力信号(送信信号)である信号SGT(図1参照)が伝送される信号電極Txを含む。また、半導体チップCHP1が有する複数の電極は、入力信号(受信信号)である信号SGR(図1参照)が伝送される信号電極Rxを含む。なお、以下では、信号電極Txまたは信号電極Rxの総称として、信号電極Sxと記載する場合がある。
図2では、半導体装置PKG1が備える複数の信号伝送経路SGPのうち、2本の出力信号伝送経路SGPTおよび2本の入力信号伝送経路SGPRを代表的に示している。しかし、半導体装置PKG1が備える信号伝送経路SGPの数は、図2に示す数より多い。
また、半導体チップCHP1が有する複数の電極は、基準電位(第1電位)VSSが供給される電極(基準電位電極、第1電位電極)Vsと、電源電位(第2電位)VDDが供給される電極(電源電位電極、第2電位電極)Vdと、を含む。半導体チップCHP1(詳しくは、半導体チップCHP1が備える回路)には、電極Vdを介して電源電位VDDが供給される。また、半導体チップCHP1(詳しくは、半導体チップCHP1が備える回路)には、電極Vsを介して基準電位VSSが供給される。半導体チップCHP1が備える複数の回路のうちの少なくとも一部は、電源電位VDDと基準電位VSSとの電位差により生成される駆動電圧により駆動される。基準電位VSSは例えば接地電位であって、電源電位VDDは基準電位VSSより高い。
<半導体装置>
図1に示す半導体装置PKG1を例として、半導体装置PKG1内における信号伝送経路の構造例について説明する。まず、半導体装置PKG1の概要を説明した後、信号伝送経路の構造について説明する。図3は、図1に示す二個の半導体装置のうちの一方の半導体装置の上面図である。図4は、図3に示す半導体装置の下面図である。また、図5は、図3に示す放熱板を取り除いた状態で配線基板上の半導体装置の内部構造を示す平面図である。また、図6は、図3のA-A線に沿った断面図である。また、図7は、図6に示す半導体チップの電極配置面の平面図である。
本実施の形態の半導体装置PKG1は、配線基板SUB1、および配線基板SUB1に搭載された半導体チップCHP1(図5参照)を備える。
図6に示すように、配線基板SUB1は、半導体チップCHP1が搭載される上面(面、主面、チップ搭載面、第1主面)2t、上面2tとは反対側の下面(面、主面、実装面、第2主面)2bを有する。また、配線基板SUB1は、上面2tおよび下面2bのそれぞれの外縁に交差する複数の側面2s(図3~図5参照)を有する。本実施の形態の場合、配線基板SUB1の上面2t(図3参照)および下面2b(図4参照)はそれぞれ四角形である。
配線基板SUB1は、上面2t上に搭載された半導体チップCHP1と、マザーボード(実装基板)である配線基板MB1(図1参照)と、を互いに電気的に接続するインタポーザ(中継基板)である。配線基板SUB1は、チップ搭載面である上面2t側の端子(パッド2PD)と実装面である下面2b側の端子(ランド2LD)とを電気的に接続する複数の配線層(図6に示す例では7層)WL1、WL2、WL3、WL4、WL5、WL6、およびWL7を有する。各配線層は、上面2tと下面2bとの間にある。各配線層は、電気信号や電力を供給する経路である配線などの導体パターンを有する。また各配線層の間には、絶縁膜2eが配置されている。各配線層は、絶縁膜2eを貫通する層間導電路であるビア2v、あるいはスルーホール配線2THWを介して互いに電気的に接続されている。
また、複数の配線層のうち、最も上面2t側に配置される配線層WL1は、感光性樹脂から成る絶縁膜(感光性高分子膜)PPFに覆われる。絶縁膜PPF上には、複数の複数のパッド2PDが形成される、パッド形成層(端子形成層)PDLが設けられる。また、配線基板SUB1の下面2b側には、配線層WL7と電気的に接続される複数のランドが設けられる、ランド形成層(端子形成層)LDLが設けられる。ランド形成層LDLは、ソルダレジスト膜である絶縁膜SR1に覆われる。パッド形成層PDLに設けられる複数のパッド2PDと、ランド形成層LDLに設けられる複数のランド2LDのそれぞれは、配線基板SUB1が備える各配線層に形成された導体パターン(配線2dや導体パターン2CP)、ビア2v、およびスルーホール配線2THWを介して電気的に接続されている。
なお、図6では、信号パッドSxPが、配線2d1、複数のビア2v、およびスルーホール配線2THWを介してランド2LDおよび半田ボールSBに接続されていることを一図で明示するため、信号パッドSxPに接続され、かつ、各配線層を電気的に接続する複数のビア2vが積層されるように示している。ただし、複数のビア2vや導体パターン2CPのレイアウトは、図6に示す例には限定されず、種々の変形例がある。
また、配線基板SUB1は、例えば、ガラス繊維に樹脂を含浸させたプリプレグからなる絶縁層(コア材、コア絶縁層)2CRの上面2Ctおよび下面2Cbに、それぞれ複数の配線層をビルドアップ工法により積層することで、形成されている。また、絶縁層2CRの上面2Ct側にある配線層WL4と下面2Cb側にある配線層WL5とは、上面2Ctと下面2Cbのうちの一方から他方までを貫通するように設けられた複数の貫通孔(スルーホール)に埋め込まれた、複数のスルーホール配線2THWを介して電気的に接続されている。
配線基板SUB1の上面2t側にあるパッド形成層PDLには、半導体チップCHP1と電気的に接続される複数のパッド(端子、ボンディングパッド、ボンディングリード、半導体チップ接続用端子)2PDが形成されている。また、配線基板SUB1の下面2b側にあるランド形成層LDLには、半導体装置PKG1の外部入出力端子である複数のランド2LDが形成されている。複数のパッド2PDと複数のランド2LDは、配線基板SUB1に形成された配線2d、ビア2v、およびスルーホール配線2THWを介して、それぞれ電気的に接続されている。パッド2PDと配線層WL1との接続構造の詳細については、後述する。
図6に示す例では、配線基板SUB1はコア材である絶縁層2CRの上面2Ct側、および下面2Cb側にそれぞれ複数の配線層を積層した配線基板を示している。ただし、図6に対する変形例として、プリプレグ材などの硬い材料からなる絶縁層2CRを有さず、絶縁膜2eと配線2dなどの導体パターンを順に積層して形成する、所謂、コアレス基板を用いても良い。コアレス基板を用いた場合、スルーホール配線2THWは形成せず、各配線層は、ビア2vを介して電気的に接続される。また、図6では、7層の配線層を有する配線基板SUB1を例示的に示しているが、変形例としては、例えば、8層以上、あるいは6層以下の配線層を有する配線基板を用いても良い。
また、図6に示す例では、複数のランド2LDのそれぞれには、半田ボール(半田材、外部端子、電極、外部電極)SBが接続されている。半田ボールSBは、半導体装置PKG1を図1に示す配線基板MB1に実装する際に、配線基板MB1側の複数の端子(図示は省略)と複数のランド2LDを電気的に接続する、導電性部材である。半田ボールSBは、例えば、鉛(Pb)入りのSn-Pb半田材、あるいは、Pbを実質的に含まない、所謂、鉛フリー半田からなる半田材である。鉛フリー半田の例としては、例えば錫(Sn)のみ、錫-ビスマス(Sn-Bi)、または錫-銅-銀(Sn-Cu-Ag)、錫-銅(Sn-Cu)などが挙げられる。ここで、鉛フリー半田とは、鉛(Pb)の含有量が0.1wt%以下のものを意味し、この含有量は、RoHS(Restriction of Hazardous Substances)指令の基準として定められている。
また、図4に示すように複数の半田ボールSBは、行列状(アレイ状、マトリクス状)に配置されている。また、図4では図示を省略するが、複数の半田ボールSBが接合される複数のランド2LD(図6参照)も行列状(マトリクス状)に配置されている。このように、配線基板SUB1の実装面側に、複数の外部端子(半田ボールSB、ランド2LD)を行列状に配置する半導体装置を、エリアアレイ型の半導体装置と呼ぶ。エリアアレイ型の半導体装置は、配線基板SUB1の実装面(下面2b)側を、外部端子の配置スペースとして有効活用することができるので、外部端子数が増大しても半導体装置の実装面積の増大を抑制することが出来る点で好ましい。つまり、高機能化、高集積化に伴って、外部端子数が増大する半導体装置を省スペースで実装することができる。
また、半導体装置PKG1は、配線基板SUB1上に搭載される半導体チップCHP1を備えている。図6に示すように、半導体チップCHP1のそれぞれは、表面(主面、上面)3t、表面3tとは反対側の裏面(主面、下面)3bを備える。また半導体チップCHP1は、表面3tおよび裏面3bと交差する複数の側面3sを備える。半導体チップCHP1は、図5に示すように平面視において配線基板SUB1よりも平面積が小さい四角形の外形形状を成す。図5に示す例では、半導体チップCHP1が配線基板SUB1の上面2tの中央部に搭載され、かつ、半導体チップCHP1の四つの側面3sのそれぞれが、配線基板SUB1の四つの側面2sのそれぞれに沿って延びている。
また、図7に示すように、半導体チップCHP1の表面3t側には、複数の電極(パッド、電極パッド、ボンディングパッド)3PDが形成されている。複数の電極3PDは、半導体チップCHP1の表面3tにおいて半導体チップCHP1の表面3tの大部分を覆う絶縁膜(パッシベーション膜、保護絶縁膜)3PFから露出している。複数の電極3PDは、表面3tにおいて表面3tの外縁に最も近い最外周から表面3tの中心に向かって複数列で配列される。本実施の形態では、半導体チップCHP1の表面3tには、複数の電極3PDが行列状(マトリクス状、アレイ状)に配置されている。半導体チップCHP1の複数の電極3PDを行列状に配置することで、半導体チップCHP1の表面3tを電極の配置スペースとして有効活用することができるので、半導体チップCHP1の電極数が増大しても平面積の増大を抑制することが出来る点で好ましい。ただし、図示は省略するが、本実施の形態に対する変形例としては、複数の電極3PDが表面3tの周縁部に配置され、中央部には配置されないタイプの半導体チップに適用することもできる。
また、図6に示す例では、半導体チップCHP1は、表面3tが配線基板SUB1の上面2tと対向した状態で、配線基板SUB1上に搭載されている。このような搭載方式は、フェイスダウン実装方式、あるいはフリップチップ接続方式と呼ばれる。
また、図示は省略するが、半導体チップCHP1の主面(詳しくは、半導体チップCHP1の基材である半導体基板の素子形成面に設けられた半導体素子形成領域)には、複数の半導体素子(回路素子)が形成されている。複数の電極3PDは、半導体チップCHP1の内部(詳しくは、表面3tと図示しない半導体素子形成領域の間)に配置される配線層に形成された配線(図示は省略)を介して、この複数の半導体素子と、それぞれ電気的に接続されている。
半導体チップCHP1(詳しくは、半導体チップCHP1の基材)は、例えばシリコン(Si)から成る。また、表面3tには、半導体チップCHP1の基材および配線を覆う絶縁膜3PF(図7参照)が形成されており、複数の電極3PDのそれぞれの一部は、この絶縁膜3PFに形成された開口部において、絶縁膜から露出している。また、複数の電極3PDは、それぞれ金属からなり、本実施の形態では、例えばアルミニウム(Al)からなる。
また、図6に示すように、複数の電極3PDにはそれぞれ突起電極3BPが接続され、半導体チップCHP1の複数の電極3PDと、配線基板SUB1の複数のパッド2PDとは、複数の突起電極3BPを介して、それぞれ電気的に接続されている。突起電極(バンプ電極)3BPは、半導体チップCHP1の表面3t上に突出するように形成された金属部材(導電性部材)である。突起電極3BPは、本実施の形態では、電極3PD上に、下地金属膜(アンダーバンプメタル)を介して半田材が積層された、所謂、半田バンプである。下地金属膜は、例えば、電極3PDとの接続面側からチタン(Ti)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)が積層された積層膜(ニッケル膜上にさらに金(Au)膜を形成する場合もある)を例示することができる。また、半田バンプを構成する半田材としては、上記した半田ボールSBと同様に、鉛入りの半田材や鉛フリー半田を用いることができる。半導体チップCHP1を配線基板SUB1に搭載する際には、複数の電極3PDおよび複数のパッド2PDの双方に、予め半田バンプを形成しておき、半田バンプ同士を接触させた状態で加熱処理(リフロー処理)を施すことで、半田バンプ同士が一体化して、突起電極3BPが形成される。また、本実施の形態に対する変形例としては、銅(Cu)やニッケル(Ni)からなる導体柱の先端面に半田膜を形成したピラーバンプ(柱状電極)を突起電極3BPとして用いても良い。
また、図6に示すように半導体チップCHP1と配線基板SUB1の間には、アンダフィル樹脂(絶縁性樹脂)UFが配置される。アンダフィル樹脂UFは、半導体チップCHP1の表面3tと配線基板SUB1の上面2tの間の空間を塞ぐように配置される。複数の突起電極3BPのそれぞれはアンダフィル樹脂UFにより封止されている。また、アンダフィル樹脂UFは、絶縁性(非導電性)の材料(例えば樹脂材料)から成り、半導体チップCHP1と配線基板SUB1の電気的接続部分(複数の突起電極3BPの接合部)を封止するように配置される。このように、複数の突起電極3BPと複数のパッド2PDとの接合部をアンダフィル樹脂UFで覆うことで、半導体チップCHP1と配線基板SUB1の電気的接続部分に生じる応力を緩和させることができる。また、半導体チップCHP1の複数の電極3PDと複数の突起電極3BPとの接合部に生じる応力についても緩和させることができる。さらには、半導体チップCHP1の半導体素子(回路素子)が形成された主面を保護することもできる。
また、図6に示す例では、半導体チップCHP1の裏面3bには、放熱板(ヒートスプレッダ、放熱部材)HSが貼り付けられている。放熱板HSは、例えば、配線基板SUB1よりも熱伝導率が高い金属板であって、半導体チップCHP1で発生した熱を外部に排出する機能を備えている。また、放熱板HSは、接着材(放熱樹脂)BDhsを介して半導体チップCHP1の裏面3bに貼り付けられている。接着材BDhsは、例えば、多数の金属粒子やフィラ(例えばアルミナなど)を含有させることにより、アンダフィル樹脂UFよりも熱伝導率が高くなっている。
また、図3および図6に示す例では、半導体チップCHP1の周囲には、放熱板HSを支持する支持枠(スティフナリング)SFRが固定されている。放熱板HSは、半導体チップCHP1の裏面3bおよび支持枠SFRに接着固定されている。半導体チップCHP1の周囲に金属性の支持枠SFRを固定することで、配線基板SUB1の反り変形を抑制することができるので、実装信頼性を向上させる観点から好ましい。また、半導体チップCHP1の周囲を囲むように設けられた支持枠SFRに、放熱板HSを接着固定することで、放熱板HSの平面積を大きくすることができる。つまり放熱板HSの表面積を大きく確保することにより放熱性能を向上でき、かつ半導体チップCHP1上に安定的に固定する観点から、放熱板HSを支持枠SFRに接着固定することが好ましい。
なお、本実施の形態では、半導体チップCHP1の裏面3bに放熱板HSが貼り付けられた実施態様を例に取り上げて説明したが、変形例としては、放熱板HSを取り付けず、半導体チップCHP1の裏面3bが露出した実施態様としても良い。また、本実施の形態に対する別の変形例として、放熱板HSおよび支持枠SFRに相当する部分が、一体に形成された放熱板が半導体チップCHP1上に貼り付けられている場合もある。
<パッド周辺の構造例>
次に、図6に示す半導体装置PKG1が備える複数のパッド2PDと、配線層WL1との接続構造の詳細について説明する。図8は、図7のA部の拡大平面図である。図9は、図6に示す配線基板の上面において、図8に示す複数の電極と対向する端子(パッド)の周辺を拡大して示す拡大平面図である。図10は、図9のA-A線に沿った拡大断面図である。図11は、図9のB-B線に沿った拡大断面図である。図12は、図9と同じ平面において、図6に示す第2配線層を示す拡大平面図である。図13は、図10に示すパッド、ビア、ビアランド、配線、および導体パターンの平面視における位置関係を示す拡大平面図である。図14は、図13に示す複数の信号伝送経路のうちの一つをさらに拡大して示す拡大平面図である。図15は、図13のA-A線に沿った拡大断面図である。
図6に示す配線基板SUB1の上面2tおよび複数の配線層のそれぞれは、半導体チップCHP1と重なる領域(第1領域)CHR1(図9参照)と、半導体チップCHP1と重ならず、かつ、領域CHR1の周囲にある領域(第2領域)CHR2(図9参照)と、を有している。図9、図12、および図13では、領域CHR1の外縁の辺CHRsを二点鎖線で示している。また、図8、図9、図12、図13、および図14では、各伝送経路に供給される信号や電位の種類を識別するため、ハッチングや模様を付している。出力信号(送信信号)の伝送経路および入力信号(受信信号)の伝送経路のそれぞれには、ハッチングを付している。また、基準電位の伝送経路には、ドットパターンを付している。また、電源電位の伝送経路には、基準電位の伝送経路よりも濃いドットパターンを付している。また、図12、図13および図14では、図6に示すパッド形成層PDLと配線層WL1とを電気的に接続する複数のビアは、点線で示している。また、図13では、配線層WL1に配置されるビアランドおよび複数の配線を実線で示し、複数のパッド2PDを点線で示している。
図2を用いて説明したように、半導体チップCHP1が有する複数の電極3PDは、信号の伝送経路を構成する複数の信号電極Sxを含む。詳しくは、信号電極Sxは、出力信号である信号SGT(図1参照)が伝送される信号電極Txと、入力信号である信号SGR(図1参照)が伝送される信号電極Rxと、を含む。また、半導体チップCHP1が有する複数の電極3PDは、電源電位VDDが供給される電極Vdと、基準電位VSSが供給される電極Vsと、を含む。
また、図8に示すように、半導体チップCHP1の表面3tにおいて、複数の電極3PDは、複数列で配列されている。詳しくは、半導体チップCHP1は、表面3tの外縁から表面3tの中心に向かってX方向に沿って順に配列される、列(第1列目)3PL1、列(第2列目)3PL2、列(第3列目)3PL3、列(第4列目)3PL4、列(第5列目)3PL5、列(第6列目)3PL6、列(第7列目)3PL7、および列(第8列目)3PL8を備える。列3PL1は、表面3tの外縁と表面3tの中心との間にある。列3PL2は、列3PL1と表面3tの中心との間にある。列3PL3は、列3PL2と表面3tの中心との間にある。列3PL4は、列3PL3と表面3tの中心との間にある。列3PL5は、列3PL4と表面3tの中心との間にある。列3PL6は、列3PL5と表面3tの中心との間にある。列3PL7は、列3PL6と表面3tの中心との間にある。列3PL8は、列3PL7と表面3tの中心との間にある。
列3PL1~列3PL6には、X方向に交差(図8では直交)するY方向に沿って、それぞれ複数の信号電極Sxが配列されている。また、列3PL7には、Y方向に沿って、複数の電極Vsが配列されている。列3PL8には、Y方向に沿って、複数の電極Vdが配列されている。
図6に示すように、配線基板SUB1は、半導体チップCHP1と対向する最上層に、複数のパッド2PDが形成されたパッド形成層PDLを有する。図9に示すように、パッド形成層PDLには複数のパッド2PDが配列されている。複数のパッド2PDは、図6に示す複数の電極3PDと互いに対向する。配線基板SUB1が有する複数のパッド2PDは、信号の伝送経路を構成する複数の信号パッドSxPを含む。また、配線基板SUB1が有する複数のパッド2PDは、基準電位VSSが供給されるパッド(基準電位パッド、第1電位パッド)VsPと、電源電位VDDが供給されるパッド(電源電位パッド、第2電位パッド)VdPと、を含む。複数の信号パッドSxPは、図8に示す複数の信号電極Sxのそれぞれと互いに対向する。図9に示す複数のパッドVdPのそれぞれは、図8に示す複数の電極Vdのそれぞれと互いに対向する。図9に示す複数のパッドVsPのそれぞれは、図8に示す複数の電極Vsのそれぞれと互いに対向する。
また、図9に示すように、配線基板SUB1の上面2tにおいて、複数のパッド2PDは、複数列で配列されている。詳しくは、領域CHR1の外縁の辺CHRsから領域CHR1の中心に向かってX方向に沿って順に配列される、列(第1列目)3PL1、列(第2列目)3PL2、列(第3列目)3PL3、列(第4列目)3PL4、列(第5列目)3PL5、列(第6列目)3PL6、列(第7列目)3PL7、および列(第8列目)3PL8を備える。列3PL1は、上面2tの外縁と領域CHR1の中心との間にある。列3PL2は、列3PL1と領域CHR1の中心との間にある。列3PL3は、列3PL2と領域CHR1の中心との間にある。列3PL4は、列3PL3と領域CHR1の中心との間にある。列3PL5は、列3PL4と領域CHR1の中心との間にある。列3PL6は、列3PL5と領域CHR1の中心との間にある。列3PL7は、列3PL6と領域CHR1の中心との間にある。列3PL8は、列3PL7と領域CHR1の中心との間にある。
列3PL1~列3PL6には、X方向に交差(図9では直交)するY方向に沿って、それぞれ複数の信号パッドSxPが配列されている。また、列3PL7には、Y方向に沿って、複数のパッドVsPが配列されている。列3PL8には、Y方向に沿って、複数のパッドVdPが配列されている。
ところで、本実施の形態のように、多数の信号伝送経路を備える半導体装置の場合、多数の信号パッドSxP(図9参照)のそれぞれに接続される配線2d(図6参照)が、図9に示す領域CHR1から領域CHR2に向かって広がるように配置される。領域CHR1と領域CHR2とを跨ぐように、多数の配線2dを配置することにより、信号パッドSxPに接続される多数の信号伝送経路を領域CHR1から領域CHR2に引き出すことができる。
本願発明者は、半導体装置PKG1の性能向上の一環として、半導体チップCHP1(図8参照)の小型化(高密度化)について検討した。半導体チップCHP1を小型化する場合、半導体チップCHP1の複数の電極3PD(図8参照)のレイアウトを高密度化する必要がある。また、電極3PDの配置ピッチが小さくなると、電極3PDと対向するように配置される配線基板SUB1の信号パッドSxPを含むパッド2PD(図9参照)の配置ピッチを小さくする技術が要求される。例えば、図9に示す例の場合、隣り合う信号パッドSxPの中心間距離であるピッチP1は、100μmである。
ところが、信号パッドSxPのピッチP1が小さくなると、隣り合う信号パッドSxPの間に、信号配線を配置することが難しくなる。例えば、信号パッドSxPと同じ配線層に、複数の信号パッドSxPに接続される多数の信号配線を配置する場合、隣り合う信号パッドSxPの間に複数の信号配線を配置する必要がある。
また、図9に示すように信号パッドSxPを複数列で配列する場合、配線層数を増やし、信号パッドSxPに接続される配線2dを複数の配線層に形成する方法が考えられる。複数列で配列される信号パッドSxPを複数層の配線層に接続するため、複数の信号パッドSxPの直下には、配線基板の厚さ方向にビアが積層される。例えば、図9に示す半導体装置PKG1に対する検討例として、6列で配列される信号パッドSxPを含む多数の信号伝送経路を、3層の配線層で引き出す場合について検討する。この検討例において、各配線層をビルドアップ工法により形成する場合、パッド形成層PDLおよびLDLの他に、少なくとも12層以上の配線層が必要になる。また、各信号伝送経路のノイズ対策等を考慮すれば、配線層数はさらに増大する。
半導体装置の製造工程において、配線基板の配線層数が多い場合、製造工程が煩雑になる。また、配線基板の配線層数が多い場合、加工が難しくなるので、製品信頼性が低下し易い。このため、製造工程の効率化、あるいは、製品信頼性を向上させる観点から、配線層数は、少ない方が好ましい。
そこで、本願発明者は、半導体チップCHP1(図8参照)の小型化(高密度化)に伴って、隣り合う信号パッドSxPの配列ピッチを小さくする場合であっても、配線層数を低減できる技術について検討した。その結果、以下で詳細に説明する半導体装置PKG1の構造により、配線層数を低減できることを見出した。半導体装置PKG1の場合は、複数の信号パッドSxPが形成されるパッド形成層PDLと信号パッドSxPに接続される複数の配線(第1層配線)2d1が配置される配線層WL1とが異なる層に形成される。また、半導体装置PKG1の場合、信号パッドSxPが複数の配線2d1と重なっている。
図10に示すように、配線基板SUB1は、複数のパッド2PDが形成されるパッド形成層PDLと、複数の配線層のうちパッド形成層PDLの最も近くにある配線層WL1と、を有する。図12に示すように、配線層WL1には、平面視において複数のパッド2PD(図13参照)と重なる位置に配置され、ビア2vを介して複数のパッド2PDと電気的に接続される複数の導体パターンと、複数の導体パターンに接続される複数の配線2d1と、が形成される。複数の配線2d1のそれぞれは、領域CHR1から領域CHR2への引き出し配線であり、領域CHR1と領域CHR2とを跨ぐように延びる。
図9に示すように、複数のパッド2PDは、第1信号が伝送される信号パッド(第1パッド)SxP1と、第1信号とは異なる第2信号が伝送される信号パッド(第2パッド)SxP2と、を含む。図10に示すように、配線層WL1に形成される複数の導体パターンは、平面視においてパッドSxPと重なる位置に配置され、ビア(第1ビア)2v1を介して信号パッドSxP1と電気的に接続されるビアランド(第1ビアランド)2LS1を含む。また、配線層WL1に形成される複数の導体パターンは、平面視において信号パッドSxP2と重なる位置に配置され、ビア(第2ビア)2v2を介して信号パッドSxP2と電気的に接続されるビアランド(第2ビアランド)2LS2と、を含む。
図12に示すように、複数の配線2d1は、ビアランド2LS1に接続され、X方向に延びる配線(第1配線)2dS1と、ビアランド2LS2に接続され、配線2dS1と隣り合ってX方向に延びる配線(第2配線)2dS2と、を含む。図14に示すように、X方向と交差する(図12では直交する)Y方向において、ビアランド2LS1の幅DL2は、配線2dS1の幅DD1より大きい。また、図13に示すように、平面視において、配線2dS2は、ビアランド2LS1と隣り合い、かつ、SxP1パッドと重なる。
半導体装置PKG1のように、配線2dS2が、配線2dS2に伝送される信号とは異なる信号が伝送される信号パッドSxP1と重なるように配置されている場合、図9に示す隣り合う信号パッドSxPのピッチP1を小さくしても、図12に示すように、隣り合うビアランド2LSの間に複数の配線2d1を配置することができる。この結果、配線層数の増大を抑制することができる。
本実施の形態の場合、複数の配線2d1のそれぞれは互いに同じ幅を有している。例えば、図14に示す配線2dS1の幅DD1と配線2dS2の幅DD2とは、同じである。幅DD1および幅DD2の値には種々の変形例があるが、図14に示す例では、例えば10μm程度である。また、配線層WL1に配置される複数の導体パターン(図12に示す導体パターン2CPおよび複数の配線2d1)の離間距離は、最も短い部分における離間距離が、配線2d1の幅DD1と同じ(例えば10μm程度)になっている。また、図14に示す複数のパッド2PDのそれぞれは、平面視において円形を成し、その直径(すなわち、X方向の幅およびY方向の幅)DP1は、Y方向における配線2dS1の幅DD1、およびY方向におけるビアランド2LS1の幅DL2より大きい。図14に示す例では、直径DP1は、60μm程度である。
図9に示す例において、隣り合う信号パッドSxPのピッチ(中心間距離)P1が100μmで、信号パッドSxPの直径DP1が60μmである場合、隣り合う信号パッドSxPの離間距離は、40μmである。したがって、信号パッドSxPと配線2d1(図12参照)とが重ならないことを前提にすれば、隣り合う信号パッドSxPの間に配置できる配線2d1は、一本である。しかし、本実施の形態の場合、図13に示すように隣り合う信号パッドSxPの間に、複数の配線2d1を配置することができる。
図14に示すように、平面視において、ビアランド2LS1は、X方向の幅(第1幅)DL1と、Y方向の幅(第2幅)DL2と、を有する。ビアランド2LS1の幅DL2は、幅DL1よりも小さい。言い換えれば、ビアランド2LS1の平面形状は、複数の配線2d1の延在方向であるX方向の幅DL2がY方向の幅DL1より長い形状になっている。図14に示す例では、ビアランド2LS1の形状は長方形である。また、図12に示す例では、複数のビアランド2LSのそれぞれは、ビアランド2LS1と同様に、X方向に延びる長辺を備えた長方形を成す。図14に示す例では、ビアランド2LS1の幅DL1は、例えば60μm程度である。一方、ビアランド2LS1の幅DL2は、15~30μm程度である。
本実施の形態の場合、Y方向においてビアランド2LS1の隣に配線2dS2が配置される。このため、ビアランド2LS1のY方向の幅DL2を短ければ、配線2dS2と信号パッドSxP1とが重なるように配置される場合でも、ビアランド2LS1と配線2dS2との離間距離を大きくすることができる。
また、複数の配線2d1のそれぞれのY方向の幅(例えば幅DD1や幅DD2)が、ビアランド2LS1のY方向の幅DL2より狭い。このため、図2に示す信号パッドSxP1を含む信号伝送経路と、信号パッドSxP2を含む信号伝送経路との離間距離が最も小さくなる箇所は、ビアランド2LS1と配線2d1とが隣り合う領域である。隣り合う信号伝送経路間のクロストークノイズを考慮すると、ビアランド2LS1と配線2d1とが隣り合う領域において、クロストークノイズの影響が特に大きくなる。したがって、クロストークノイズの影響が特に大きくなる領域において、ビアランド2LS1と配線2d1との離間距離を十分に確保できれば、信号品質の劣化を低減できる。
なお、ビアランド2LS1の平面形状は、図14に示す長方形の他、例えば楕円形など、種々の変形例がある。この場合、ビアランド2LS1のX方向の幅の値およびY方向の幅の値が一定にならない場合がある。この変形例のような場合、上記した幅DL2は、Y方向におけるビアランド2LS1の幅の最大値として定義できる。同様に、幅DL1は、X方向におけるビアランド2LS1の幅の最大値として定義できる。
また、図14に示すように、平面視において、ビア2v1は、X方向の幅(第3幅)DV1と、Y方向の幅(第4幅)DV2と、を有する。ビア2v1の幅DV2は、幅DV1より小さい。ビアランド2LS1の幅DL2は、ビア2v1の幅DV2より大きい。ビアランド2LS1の幅DL1は、ビア2v1の幅DV1より大きい。言い換えれば、平面視において、ビア2v1の平面積は、ビアランド2LS1の面積より小さく、かつ、ビア2v1の全体は、ビアランド2LS1と重なる位置に配置されている。ビア2v1の平面形状は、複数の配線2d1の延在方向であるX方向の幅DV1がY方向の幅DV2より長い形状になっている。図14に示す例では、ビア2v1の形状は長方形である。また、図12に示す例では、配線2d1に接続される複数のビア2vのそれぞれは、ビア2v1と同様に、X方向に延びる長辺を備えた長方形を成す。図14に示す例では、ビア2v1の幅DV1は、例えば40μm程度である。一方、ビア2v1の幅DV2は、10~25μm程度である。
平面視において、ビア2v1の平面積は、ビアランド2LS1の面積より小さく、かつ、ビア2v1の全体は、ビアランド2LS1と重なる位置に配置されている場合、ビア2v1とビアランド2LS1との接合強度を向上させることができる。
なお、ビア2v1の平面形状は、図14に示す長方形の他、例えば楕円形など、種々の変形例がある。この場合、ビア2v1のX方向の幅の値およびY方向の幅の値が一定にならない場合がある。この変形例のような場合、上記した幅DV2は、Y方向におけるビア2v1の幅の最大値として定義できる。同様に、幅DV1は、X方向におけるビア2v1の幅の最大値として定義できる。
また、図14に示すビア2v1およびビアランド2LS1の平面形状の変形例として、例えば、円形、あるいは正方形など、X方向の幅DV1とY方向の幅DV2とが同じ(または、X方向の幅DL1とY方向の幅DL2とが同じ)である例も考えられる。ただし、ビア2v1がビアランド2LS1または信号パッドSxP1に接続される部分における電気的特性を向上させる観点からは、ビア2v1の平面積が大きい方が良い。
本実施の形態の場合、Y方向の幅DV2および幅DL2を短くすることにより、ビアランド2LS1と配線2dS2との離間距離を大きくし、かつ、X方向の幅DV1および幅DV2を大きくすることにより、ビア2v1の平面積を大きくしている。この結果、ビア2v1を介してビアランド2LS1と信号パッドSxP1とが接続される部分における電気的特性を向上させることができる。
また、半導体装置PKG1の場合、図14に示すように、一つの信号パッドSxPが複数の配線2d1と重なっている。図9に示すように、複数のパッド2PDは、上記した第1信号および第2信号とは異なる第3信号が伝送される信号パッド(第3パッド)SxP3を含む。図13に示す配線層WL1に形成された複数の導体パターンは、平面視において信号パッドSxP3と重なる位置に配置され、ビア(第3ビア)2v3を介して信号パッドSxP3と電気的に接続されるビアランド(第3ビアランド)2LS3を含む。複数の配線2d1は、ビアランド2LS3に接続され、配線2dS1と隣り合ってX方向に延びる配線2dS3を含む。図14に示すように、平面視において、ビアランド2LS1は、配線2dS2と配線2dS3との間にある。また、平面視において、配線2dS3は、信号パッドSxP1と重なる。言い換えれば、平面視において、ビアランド2LS1の両隣には、信号パッドSxP1と重なる配線2dS2および配線2dS3が配置される。一つの信号パッドSxPが複数の配線2d1と重なる場合、一つの信号パッドSxPが一つの配線2d1と重なる場合と比較して、配線の配置密度はさらに高くなる。
また、半導体装置PKG1の場合、図12に列3PL1~列3PL8として示す複数の列のうち、領域CHR1の外縁の辺CHRsに最も近い位置にある列3PL1では、列3PL1において隣り合う二つのビアランド2LSの間に、多数の配線2d1が配置される。例えば半導体装置PKG1の場合、図9に示すように、複数のパッド2PDは、X方向に交差するY方向に沿って信号パッドSxP1の隣に配列され、上記した第1信号および第2信号とは異なる第4信号が伝送される信号パッド(第4パッド)SxP4を含む。図13に示す配線層WL1に形成された複数の導体パターンは、平面視において信号パッドSxP4と重なる位置に配置され、ビア(第4ビア)2v4を介して信号パッドSxP4と電気的に接続されるビアランド(第4ビアランド)2LS4を含む。複数の配線2d1は、ビアランド2LS4に接続され、X方向に延びる配線2dS4を含む。平面視において、ビアランド2LS1とビアランド2LS4との間には、5本以上(図13では5本)の配線2d1が配置される。このように、最も多い列3PL1において隣り合う二つのビアランド2LSの間に5本以上の配線2d1が配置される場合、図9に示す複数の信号パッドSxPは、少なくとも6列以上で配列することができる。
また、上記した通り、図9に示す配線基板SUB1が有する複数のパッド2PDは、電源電位VDD(図2参照)が供給されるパッドVdPと、基準電位VSS(図2参照)が供給されるパッドVsPと、を含む。これらの固定電位の供給経路は、信号伝送経路とは異なる構造にすることができる。
例えば、図12に示すように、配線層WL1に形成される複数の導体パターンは、複数のビア(基準電位ビア、第1電位ビア)2vsを介して複数のパッドVsP(図9参照)と電気的に接続される導体パターン(基準電位導体パターン、第1導体パターン)2CPs1を含む。なお、図12では、複数のビア2vsのうちの一つに符号を付しているが、導体パターン2CPs1と重なる位置に記載される2つの円は、いずれもビア2vsである。複数のビア2vsは、図9に示す複数のパッドVsPと重なる位置に形成されている。導体パターン2CPs1は、複数の配線2d1とは分離されている。また、平面視において、複数のビア2vsのそれぞれは、Y方向の幅(第5幅)DVs1を有する。図14に示す例では、ビアの平面形状は円形を成す。ビア2vsの幅DVs1は、図14に示すビア2v1の幅DV2より大きい。平面視において、ビア2vsの面積は、図14に示すビア2v1の面積より大きい。
同様に、図12に示す配線層WL1に形成される複数の導体パターンは、複数のビア(電源電位ビア、第2電位ビア)2vdを介して複数のパッドVdP(図9参照)と電気的に接続される導体パターン(電源電位導体パターン、第2導体パターン)2CPd1を含む。なお、図12では、複数のビア2vdのうちの一つに符号を付しているが、導体パターン2CPd1と重なる位置に記載される2つの円は、いずれもビア2vdである。複数のビア2vdは、図9に示す複数のパッドVdPと重なる位置に形成されている。導体パターン2CPd1は、複数の配線2d1、および導体パターン2CPs1とは分離されている。また、平面視において、複数のビア2vdのそれぞれは、Y方向の幅(第6幅)DVd1を有する。図14に示す例では、ビアの平面形状は円形を成す。ビア2vdの幅DVd1は、図14に示すビア2v1の幅DV2より大きい。平面視において、ビア2vdの面積は、図14に示すビア2v1の面積より大きい。
図10に示す半導体チップCHP1に安定的に電源を供給する観点から、電源電位供給経路や基準電位供給経路は、経路断面積を大きくすることが好ましい。このため、図13に示すように、複数のパッドVsPのそれぞれは、導体パターン2CPs1を介して互いに電気的に接続される。また、複数のパッドVdPのそれぞれは、導体パターン2CPd1を介して互いに電気的に接続される。このように固定電位を伝送する経路では、隣り合うパッド2PDが互いに電気的に接続されるので、信号伝送経路とは異なり、細い配線に接続する必要がない。また、半導体チップCHP1への電源供給経路の距離を短くする観点から、電源供給経路および基準電位供給経路は、少なくとも半導体チップCHP1と重なる領域CHR1に形成されていれば良い。このため、図12に示すように、ビア2vsの幅DVs1やビア2vdの幅DVd1は、図14に示すビア2v1の幅DV2のように小さくしなくて良い。図12に示すように、平面視において、ビア2vdやビア2vsの面積を大きくすることにより、電源供給経路の経路断面積を大きくすることができる。
なお、図12に示すビア2vsの幅DVs1、およびビア2vdの幅DVd1は、後述する図16に示すビア2vs2の幅DVs2、ビア2vd2の幅DVd2、図17に示すビア2vs3の幅DVs3、およびビア2vd3の幅DVd3と同じである。つまり、パッド形成層PDL(図6参照)と配線層WL1とを電気的に接続する複数のビア2vのうち、固定電位が供給されるビア2vsおよびビア2vdの平面積は、図6に示す配線層WL1~配線層WL3の間を相互に接続するビア2vの平面積と同じである。
また、電源電位の供給経路と、基準電位の供給経路とは、図12に示す配線層WL1において、複数の配線2d1の配置を阻害しないように配置される必要がある。図12に示すように、X方向において、配線2dS1は、ビアランド2LS1の一方側に配置され、導体パターン2CPs1および導体パターン2CPd1は、ビアランド2LS1の他方側に配置される。詳しくは、X方向において、複数の配線2d1のそれぞれは、複数のビアランド2LSの一方側に向かって延び、導体パターン2CPs1および導体パターン2CPd1は、複数のビアランド2LSの他方側に配置される。配線層WL1の少なくとも領域CHR1では、複数の配線2d1の延在方向には、導体パターン2CPs1および導体パターン2CPd1が配置されない。すなわち、電源電位の供給経路と、基準電位の供給経路とは、図12に示す配線層WL1において、複数の配線2d1の配置を阻害しないように配置される。
また、図9に示すように、複数のパッドVsPは、X方向と交差する(図9では直交する)Y方向に沿って配列される。この場合、複数のパッドVsPを互いに接続する導体パターン2CPs1(図12参照)は、Y方向に沿って延びる。これにより配線層WL1における導体パターン2CPs1の面積を大きくすることができる。同様に、複数のパッドVdPは、X方向と交差する(図9では直交する)Y方向に沿って配列される。この場合、複数のパッドVdPを互いに接続する導体パターン2CPd1(図12参照)は、Y方向に沿って延びる。これにより配線層WL1における導体パターン2CPd1の面積を大きくすることができる。
図12に示すように、配線層WL1において、ビアランド2LS2は、ビアランド2LS1とは異なる列に配置される。図12に示す例では、ビアランド2LS1は列3PL1に配置され、ビアランド2LS2は列3PL3に配置される。したがって、X方向において、ビアランド2LS2は、ビアランド2LS1と導体パターン2CPs1(または導体パターン2CPd1)との間に配置される。
また、半導体装置PKG1の場合、基準電位の供給経路は、信号伝送経路のノイズ耐性を向上させるシールド層として、あるいは、信号伝送経路の信号を伝送するリファレンス経路として利用される。図16は、図12に示す第1配線層の下層の第2配線層の拡大平面図である。図17は、図16に示す第2配線層の下層の第3配線層の拡大平面図である。図18は、図5のA部の拡大平面図である。図19は、図18のA-A線の拡大断面図である。図16では、図12に示す複数の配線2d1および複数の2LS1を点線で示す。また、図16~図18では、図6に示す配線層WL1と配線層WL2とを電気的に接続するビア2vを点線で示す。
図16に示すように、配線基板SUB1は、複数の配線層のうち配線層WL1(図12参照)の最も近くにある配線層WL2を有する。配線層WL2は、導体パターン2CPs1(図12参照)と電気的に接続され、かつ、導体パターン2CPs1の領域CHR1内の部分より面積が大きい導体パターン(第2導体パターン)2CPs2を有する。領域CHR1および領域CHR2において、複数の配線2d1のそれぞれは、配線層WL2の導体パターン2CPs2と重なる。導体パターン2CPs2は、大面積の導体パターン(導体プレーンとも呼ぶ)である。導体パターン2CPs2のように基準電位が供給される大面積の導体パターンは、グランドプレーンと呼ばれる場合もある。また、図17に示す導体パターン2CPd3のように、電源電位が供給される大面積の導体パターンは、電源プレーンと呼ばれる場合がある。
導体パターン2CPs2は、複数のビア2vs2を介して図12に示す導体パターン2CPs1と接続されている。図15に示すように、ビア2vs2は、パッド形成層PDLのパッドVsPと配線層WL1の導体パターン2CPs1とを電気的に接続するビア2vsと重なる位置に配置されている。図12と図16を比較して判るように、導体パターン2CPs1と導体パターン2CPs2とのそれぞれは、互いに重なり、導体パターン2CPs1と導体パターン2CPs2とが互いに重なる面積は、ビア2vsおよびビア2vs2の平面積の2倍以上である。したがって、図15に対する変形例として、ビア2vs2がビア2vsと重ならない位置に配置される場合もある。また、上記したように図16に示すビア2vs2のY方向の幅DVs2は、図12に示すビア2vsのY方向の幅DVs1と同じである。
図16に示す例では、複数のビアランド2LSおよび複数の配線2d1のそれぞれが、グランドプレーンである導体パターン2CPs2と重なっている。このように、信号を伝送する配線2d1と厚さ方向に重なるように大面積の導体パターン2CPs2が配置される構造は、マイクロストリップライン構造と呼ばれる。マイクロストリップライン構造では、配線2d1に信号が流れることにより生じる電磁波が、導体パターン2CPs2によりシールドされるので、電磁波の周囲への散乱を抑制することができる。なお、電磁波のシールドとして機能する導体パターン2CPs2には、固定電位(好ましくは接地電位)が供給されることが好ましい。本実施の形態の場合、配線層WL2において、複数の配線2d1と重なる位置には、基準電位が供給されるグランドプレーンである導体パターン2CPs2が設けられている。変形例として、配線層WL2において、複数の配線2d1と重なる位置に、例えば図17に示す導体パターン2CPd3のように、電源電位が供給される電源プレーンが設けられていても良い。
図16に示すように配線層WL2は、導体パターン2CPd1(図12参照)と電気的に接続される導体パターン2CPd2を有する。導体パターン2CPd2は、導体パターン2CPs2と離間するように配置される。導体パターン2CPd2は、複数のビア2vd2を介して図12に示す導体パターン2CPd1と接続されている。図15に示すように、ビア2vd2は、パッド形成層PDLのパッドVsPと配線層WL1の導体パターン2CPd1とを電気的に接続するビア2vdと重なる位置に配置されている。図12と図16を比較して判るように、導体パターン2CPd1と導体パターン2CPd2とのそれぞれは、互いに重なり、導体パターン2CPd1と導体パターン2CPd2とが互いに重なる面積は、ビア2vdおよびビア2vd2の平面積の2倍以上である。したがって、図15に対する変形例として、ビア2vd2がビア2vdと重ならない位置に配置される場合もある。また、上記したように図16に示すビア2vd2のY方向の幅DVd2は、図12に示すビア2vdのY方向の幅DVd1と同じである。
また、図17に示すように、配線基板SUB1は、複数の配線層のうち配線層WL2(図16参照)の下層にある配線層WL3を有する。配線層WL3は、導体パターン2CPd2(図16参照)と電気的に接続され、かつ、導体パターン2CPd2より面積が大きい導体パターン2CPd3を有する。導体パターン2CPd3は、上記したように、大面積の電源プレーンである。半導体チップCHP1(図6参照)に供給される電源を安定化させるため、半導体チップCHP1の近くにグランドプレーンおよび電源プレーンを配置することが好ましい。本実施の形態の場合、コア絶縁層である絶縁層2CR(図6参照)と半導体チップCHP1との間に、導体パターン2CPs2および導体パターン2CPd3が配置される。このため、半導体チップCHP1に供給される電源を安定化させることができる。なお、半導体装置PKG1の場合、導体パターン2CPd3が配置される配線層WL3と、図6に示すスルーホール配線2THW(図6参照)に接続される配線層WL4とは互いに異なる層になっている。ただし、図6に対する変形例として、配線層WL3がスルーホール配線2THWに接続されていても良い。この場合、図6に示す例と比較して、配線層数をさらに低減でき、例えば、パッド形成層PDLおよびランド形成層LDLとは別に、5層の配線層を有していれば良い。
導体パターン2CPd3は、複数のビア2vd3を介して図16に示す導体パターン2CPd2と接続されている。図16と図17を比較して判るように、導体パターン2CPd2と導体パターン2CPd3とのそれぞれは、互いに重なり、導体パターン2CPd2と導体パターン2CPd3とが互いに重なる面積は、ビア2vd2およびビア2vd3の平面積の2倍以上である。このため、ビア2vd3はビア2vd2と重ならない位置に配置される。ビア2vを形成するスペースに余裕があれば、各配線層を接続するビア2vが厚さ方向に重なっていない方が、加工し易い。ただし、変形例としては、ビア2vd3がビア2vd2と重なっていても良い。電源電位の供給経路を最短化する観点からは、各配線層を接続するビア2vが厚さ方向に重なっていることが好ましい。また、上記したように図17に示すビア2vd3のY方向の幅DVd3は、図12に示すビア2vdのY方向の幅DVd1と同じである。
図17に示すように、配線層WL3は、導体パターン2CPs2(図16参照)と電気的に接続される複数の導体パターン2CPs3を有する。複数の導体パターン2CPs3のそれぞれは、導体パターン2CPd3と離間するように配置される。配線層WL3は、電源プレーンが配置される配線層なので、基準電位が供給される導体パターン2CPs3は、ビア2vs3が配置される位置に選択的に形成される。また、複数の導体パターン2CPs3の面積は、図12に示す配線層WL1の導体パターン2CPs1の面積より小さい。複数の導体パターン2CPs3のそれぞれは、複数のビア2vs3を介して図16に示す導体パターン2CPs2と接続されている。図15に示す例では、ビア2vs3とビア2vs2とは重なっていない。しかし、変形例としては、ビア2vs3とビア2vs2とが互いに重なっていても良い。また、上記したように図17に示すビア2vs3のY方向の幅DVs3は、図12に示すビア2vsのY方向の幅DVs1と同じである。
また、隣り合う信号伝送経路間でのクロストークノイズを低減する観点からは、平面視において、信号伝送経路の周りに、固定電位(好ましくは接地電位)が供給されることが好ましい。図12に示すように、領域CHR1では、多数の配線2d1が高密度で配置されるため、隣り合う配線2d1の間に、導体パターン2CPs1を配置することは難しい。しかし、平面視において、半導体チップCHP1(図5参照)から離れた領域(図18に示す領域CHR2)では、図18に示すように隣り合う配線2d1の間に導体パターン2CPs1を配置することができる。すなわち、基準電位が供給される導体パターン2CPs1は、配線層WL1において、領域CHR1(図12参照)および領域CHR2の両方にある。領域CHR2では、複数の配線2d1の間に配線2d1とは離間する導体パターン2CPs1が配置される。この場合、複数の配線2d1のそれぞれに信号電流が流れた時に生じる電磁波が、導体パターン2CPs1によりシールドされる。この結果、電磁波の広がりを抑制し、クロストークノイズを低減できる。
また、複数の配線2d1のそれぞれは、一方の端部が図12に示すビアランド2LSに接続され、他方の端部が導体パターン2CP1に接続される。図19に示すように、導体パターン2CP1は、配線層WL1と配線層WL2とを接続するビア(信号ビア)2v12に接続される。図18に示す例では、ビア2v12の平面形状は円形であって、ビア2v12の平面積は、図12に示すビア2vs1の平面積と同じである。また、図18に示す例では、導体パターン2CP1の平面形状は、ビア2v12より直径が大きい円形である。導体パターン2CP1のY方向の幅、すなわち、直径DVc1は、図14に示すビアランド2LS1の幅DV2より大きい。
また、半導体装置PKG1の場合、図12に示す第1配線層に形成される導体パターンのうち、信号伝送経路を構成する複数のビアランド2LSのそれぞれは、配線2d1を介して領域CHR2に引き出され、ビアランド2LSの直下には、配線層WL1と配線層WL2とを接続するビア2v12が形成されない。言い換えれば、図9に示すパッド形成層PDLに配置される複数のパッド2PDは、信号が伝送される複数の信号パッドSxPを含む。図12に示す配線層WL1に形成される複数の導体パターンは、複数の信号パッドSxPと重なる位置に配置され、かつ、複数の信号パッドSxPと電気的に接続される複数のビアランド(信号ビアランド)2LSを含む。複数のビアランド2LSは、複数の配線2d1を介して、配線層WL1と配線層WL2(図19参照)とを電気的に接続する複数のビア2v12(図19参照)にそれぞれ接続される。複数のビアランド2LSは、複数のビア2v12と重ならない。
図9に示すように、本実施の形態の半導体装置PKG1が備える複数のパッド2PDは隣り合うパッド2PDの配置間隔が小さくなっている。また、複数の信号パッドSxPは、多列(図9では6列)で配列される。また、複数の信号伝送経路のそれぞれは、図12に示す配線層WL1において領域CHR1から領域CHR2に引き出され、他の配線層では引き出されない。したがって、配線層数を低減することができる。
なお、図19では、信号伝送経路として、配線層WL1の導体パターン2CP1と配線層WL2の導体パターン2CP2とを電気的に接続するビア2v12と、配線層WL2の導体パターン2CP2と配線層WL3の導体パターン2CP3とを電気的に接続するビア2v23と、を示している。また、図15および図19では、基準電位の供給経路である配線層WL1の導体パターン2CPs1と配線層WL2の導体パターン2CPs2とを電気的に接続するビア2vs2と、配線層WL2の導体パターン2CPs2と配線層WL3の導体パターン2CPs3とを電気的に接続するビア2vs3と、を示している。また、図15または図17では、電源電位の供給経路である配線層WL1の導体パターン2CPd1と配線層WL2の導体パターン2CPd2とを電気的に接続するビア2vd2と、配線層WL2の導体パターン2CPd2と配線層WL3の導体パターン2CPd3とを電気的に接続するビア2vd3(図17参照)と、を示している。図6に示す配線層WL3より下層の構造は、配線層WL2と配線層WL3とを電気的に接続する構造と同様なので、図示を省略している。ただし、配線層WL4と配線層WL5はスルーホール配線2THWを介して接続されている。また、図6に示す配線層WL6~配線層WL7の各層には、グランドプレーンまたは電源プレーンである大面積の導体パターン2CPが形成されている。
図9に示す複数の信号パッドSxPは、互いに分離された複数の信号伝送経路を介して図4に示す複数の半田ボールSBにそれぞれ接続される。また、図9に示す複数のパッドVsPは、図6に示す配線層WL1~配線層WL7のそれぞれに形成された導体パターン2CPを介して図4に示す複数の半田ボールSBに接続される。また、図9に示す複数のパッドVdPは、図6に示す配線層WL1~配線層WL7のそれぞれに形成された導体パターン2CPを介して図4に示す複数の半田ボールSBに接続される。
半導体装置PKG1の場合、複数の配線2d1のそれぞれは、図6に示す配線層WL1において、半導体チップCHP1と重なる領域から配線基板SUB1の周辺領域まで引き出される。このため、配線層WL1から配線層WL7を接続するビア2v、および配線層WL7とランド形成層LDLとを接続するビア2vのそれぞれは、ビルドアップ工法により形成される。一方、図12に示す配線層WL1の領域CHR1では、多数の導体パターンが高密度で配置されるので、ビルドアップ工法でビア2vを形成することが難しい。
図19に例示するように、ビルドアップ工法により形成されるビア2vは、例えば以下のように形成される。配線層WL1を覆う絶縁膜2eが積層された後、絶縁膜2eにレーザ光を照射することで、貫通孔2VHを形成する。その後、貫通孔2VH内に導体膜を形成することで、ビア2vが形成される。レーザ光を用いた加工方法により形成されたビア2vはレーザビアと呼ばれる。レーザビアは、ドリルなどの治具を用いて機械的に形成されたビアと比較すると、微細加工が可能である。しかし、図12~図14に示すビアランド2LS上に形成されるビア2vは、平面サイズが小さく、加工マージンが小さいので、レーザ光を用いた加工方法で形成することが難しい。
そこで、図12~図14に示すビアランド2LS上に形成されるビア2vは、フォトリソグラフィ技術を利用して形成される。以下、図10に示すビア2v1およびビア2v2を形成する方法を一例として説明する。フォトリソグラフィ技術を利用して形成されたビア2vはフォトビアと呼ばれる。図20~図23は、図10に示す第1配線層のビアランド上にビアを形成する工程を示す拡大断面図である。
本実施の形態の半導体装置PKG1の製造方法には、図6に示す配線基板SUB1を準備する工程と、配線基板SUB1上にフリップチップ接続方式により、半導体チップCHP1を搭載する工程と、が含まれる。
まず、ビルドアップ工法により、図1に示す配線層WL1から配線層WL7およびランド形成層LDLのそれぞれを形成する。ビルドアップ工法では、複数のスルーホール配線2THWが形成されたコア絶縁層である絶縁層2CRを基材として、その上層および下層に絶縁膜2eおよび配線層を構成する導体パターンを順次積層する。これらの配線層間を接続するビア2vは、上記したようにレーザ光を照射することにより形成される。配線層WL1から配線層WL7およびランド形成層LDLのそれぞれに形成される導体パターン、およびビア2vは、例えば銅を主成分とする金属材料である。
配線層WL1には、図12に示すように、第1信号が伝送されるビアランド2LS1と、ビアランド2LS1に接続され、X方向に延びる配線2dS1と、第1信号とは異なる第2信号が伝送されるビアランド2LS2と、ビアランド2LS2に接続され、配線2dS1と隣り合ってX方向に延びる配線2dS2と、が形成される。
次に、配線層WL1に形成された複数の複数の配線2d1(図20参照)および複数のビアランド2LS(図20参照)を含む複数の導体パターンを覆うように、絶縁膜PPFを形成する。絶縁膜PPFは、図20に示す光PHLに対する感光性を有する感光性樹脂から成る。
次に、図20に示すように、フォトマスク(レチクル)PHMを介して絶縁膜PPFに向かって光PHLを照射する(露光工程)。フォトマスクPHMには、複数の開口部PHMHがパターニングされている。絶縁膜PPFは、光PHLに対して感光性を有する。本実施の形態の絶縁膜PPFは、例えばネガ型の特性を備える。このため、絶縁膜PPFのうち、光PHLに露光されていない部分では、現像により、絶縁膜PPFの材料が除去され、絶縁膜PPFには、複数の貫通孔2VHが形成される。複数の貫通孔2VHは、複数のビアランド2LS上に、それぞれ形成される。また貫通孔2VHの底において、ビアランド2LSが絶縁膜PPFから露出する。本工程は、フォトマスクPHMと配線基板SUB1との位置関係を固定した状態で行う場合もあるが、フォトマスクPHMと配線基板SUB1との相対的な位置関係を断続的にずらしながら移動させる、ステッパを用いて行う場合もある。また、上記では、露光方式の一例として、フォトマスクを介して露光する方式を取り上げて説明した。ただし、スキャン方式により、光PHLを選択的に照射することで、パターンを直接的に描く、ダイレクト露光方式を適用する場合もある。
次に図21に示すように、絶縁膜PPF上および絶縁膜PPFに形成された貫通孔2VHの底において露出するビアランド2LS上にシード金属膜SDMを形成する。シード金属膜SDMは、例えば銅を主成分とする金属膜である。シード金属膜SDMは、例えば、無電解メッキ法、あるいはスパッタリングにより形成される。その場合、チタン(Ti)から成る膜を密着層やバリアメタルとすることがある。
次に、図22に示すように、シード金属膜SDMを覆うように、メッキマスクMRFを形成し、メッキマスクMRF内に複数の開口部RFHを形成した後、開口部RFH内にビア2v1およびパッド2PDを形成する。メッキマスクMRFは、例えば紫外線などの波長帯の光に対して感光性を有する。また、メッキマスクMRFには、ビア2vおよびパッド2PDを形成する予定位置に複数の開口部RFHが形成される。開口部RFHは、例えばメッキマスクMRFに選択的に紫外線などの光を照射することにより形成される。また、ビア2vおよびパッド2PDは、例えば、電解メッキ法により、一括して形成される。これにより、ビアランド2LS上に絶縁膜PPFから露出するビア2v1およびビア2v2が形成される。また、ビア2v1上にパッドSxP1が、ビア2v2上にパッドSxP2が、それぞれ形成される。平面視において、開口部PHFの開口面積は、貫通孔2VHの開口面積より大きい。このため、電解メッキ法によりビア2vとパッド2PDとを一括して形成することができる。ビア2vとパッド2PDとは一体に形成されるので、ビア2vとパッド2PDとをそれぞれ独立して形成する場合と比較して、ビア2vとパッド2PDとの境界が破壊され難い。
次に、図23に示すように、図22に示すメッキマスクMRF、およびシード金属膜SDMのうち、メッキマスクMRFの下にあった部分を除去する。これにより、ビアランド2LS上に形成されたビア2v1とビア2v2とは、互いに電気的に分離される。また、ビア2v1上に形成されたパッドSxP1と、ビア2v2上に形成されたパッドSxP2とは、互いに電気的に分離される。
図22では図示を省略したが、パッド2PDを構成する金属膜を形成した後、パッド2PDと半田材料との接続性を向上させるため、パッド2PD上に銅以外の金属材料から成る金属膜(図示は省略)をさらに形成する場合もある。パッド2PDと半田材料との接続性を向上させる金属膜としては、例えば錫(Sn)メッキ膜、あるいは、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、金(Au)の積層膜などを例示できる。また、シード金属膜SDMの一部を除去した後、パッド2PD上に半田材料を塗布する場合もある。
なお、上記ように電解メッキ法により形成されたビア2vおよびパッド2PDは、金属パターンの下層にシード金属膜SDMが残っている。ただし、図10や図11では図23に示すシード金属膜SDMの図示を省略している。
上記したように、フォトリソグラフィ技術を利用してビア2vを形成する場合、絶縁膜PPFの厚さを薄くすることにより、解像度を高くすることができる。例えば本実施の形態の場合、図10に示すように配線基板SUB1は、配線層WL1と配線層WL2との間にある絶縁膜2eを有し、絶縁膜PPFの厚さは、配線層WL1と配線層WL2との間にある絶縁膜2eの厚さより薄い。このように、絶縁膜PPFの厚さを薄くすることにより、信号パッドSxPに接続される複数のビア2vを高精度で形成することができる。
また、半導体装置PKG1の場合、図14を用いて説明したように、信号パッドSxPが他の配線2d1と重なる。このため、信号パッドSxPと配線2d1とが重なる領域において、寄生容量を小さくすることが好ましい。互いに対向する導体間の容量は、導体間の離間距離に反比例する。したがって、絶縁膜PPFの厚さを薄くすることにより、信号パッドSxPと配線2d1とが重なる領域において、寄生容量を小さくすることができる。
また、高速で信号伝送を行う場合、図10に示す半導体チップCHP1の入出力端子の近傍での寄生容量が、高速動作の安定性に与える影響は、低速での信号伝送と比較して大きい。したがって、半導体チップCHP1の入出力端子の近傍での寄生容量を低減する観点から、複数の信号パッドSxPを含むパッド2PDの平面積は小さい方が良い。図11に示すように、複数のパッド2PDのそれぞれの側面2PDsは、アンダフィル樹脂または突起電極3BPに接触する。図11に示す例では、複数のパッド2PDのそれぞれの側面2PDsは、アンダフィル樹脂UFおよび突起電極3BPの両方に接触する。言い換えれば、パッド形成層PDLの領域CHR1において、絶縁膜PPF上は、ソルダレジスト膜などの絶縁膜に覆われていない。
図24は、図11に対する変形例である半導体装置の拡大断面図である。図24に示す半導体装置PKG2のように、複数のパッド2PDがソルダレジスト膜である絶縁膜SR2に覆われている場合、絶縁膜SR2に形成された開口部において、パッド2PDの一部分が絶縁膜SR2から露出する。この場合、パッド2PDの側面2PDsは、絶縁膜SR2に覆われ、アンダフィル樹脂UFおよび突起電極3BPと接触しない。半導体装置PKG2の場合、隣り合うパッド2PDの間にソルダレジスト膜である絶縁膜SR2が介在する。この場合、パッド2PDと電極3PDとを電気的に接続する導電性部材である突起電極3BPに含まれる半田成分が、周囲に広がり難い。したがって、隣り合うパッド2PDが半田を介して短絡することを抑制できる。
ただし、半導体装置PKG2の場合、図11に示す半導体装置PKG2と比較して、パッド2PDの露出面積は小さくなるが、パッド2PDと突起電極3BPとの接合強度を確保する観点から、パッド2PDと突起電極3BPとの接触面積は小さくすることが難しい。したがって、半導体装置PKG2のパッド2PDの平面視における直径は、半導体装置PKG1のパッド2PDの平面視における直径より大きい。例えば、図24に示す例では、パッド2PDの直径は、80μm程度となる。つまり、パッド2PDの面積を小さくする観点からは、図24に示す半導体装置PKG2よりも半導体装置PKG1の方が好ましい。また、図11に示す半導体装置PKG1の場合、上記したように、パッド2PDの平面積を小さくできる。このため、隣り合うパッド2PDの間にソルダレジスト膜が介在していない場合でも、隣り合うパッド2PDが半田を介して短絡することを抑制できる。
なお、上記実施の形態中でもいくつかの変形例について説明したが、以下では、上記実施の形態で説明した変形例以外の代表的な変形例について説明する。
<変形例1>
例えば、図10に示す半導体装置PKG1は、領域CHR2において、パッド形成層PDLの下地層である絶縁膜PPFが露出する構造になっている。半導体装置PKG1に対する変形例として、図25および図26に示す半導体装置PKG3のように、領域CHR2において、絶縁膜PPF上に導体パターン2CPgが形成されていても良い。図25は、図6に示す半導体装置に対する変形例である半導体装置を示す断面図である。図26は、図25に示す半導体装置において、図10に対応する部分を拡大して示す拡大断面図である。
図25および図26に示す半導体装置PKG3は、以下で説明する相違点を除き、半導体装置PKG1(図6参照)と同様である。したがって、重複する説明は省略する。また、半導体装置PKG1の説明図として示した図18や半導体装置PKG2の説明図として示した図24を参照して説明する。
図25および図26に示す半導体装置PKG3は、配線基板SUB1のパッド形成層PDLに形成される導体パターン2CPgを備えている点で、図6および図10に示す半導体装置PKG1と相違する。半導体装置PKG3の配線基板SUB1のパッド形成層PDLは、領域CHR2に配置される導体パターン2CPgを備えている。導体パターンは、基準電位が供給されるグランドプレーンであって、ビア2vsを介して図18に示す導体パターン2CPs1と電気的に接続されている。また、導体パターン2CPgは、領域CHR2の大部分を覆うように形成されており、導体パターン2CPgの面積は図12に示す導体パターン2CPs1の領域CHR1内の部分の面積より大きい。また、領域CHR2において、複数の配線2d1のそれぞれは、パッド形成層PDLの導体パターン2CPgと重なる。
図25や図26に示すように、半導体装置PKG3は、領域CHR2において、信号配線である配線2d1が、パッド形成層PDLのグランドプレーンである導体パターン2CPgと、配線層WL2のグランドプレーンである導体パターン2CPs2との間に挟まれた構造になっている。また、領域CHR2では、図18を用いて説明したように、隣り合う配線2d1の間に導体パターン2CPs1が配置されている。したがって、信号配線である配線2d1に対してストリップライン構造を適用することができる。図26に示す配線2dS1に信号電流が流れた時に生じる電磁波は、導体パターン2CPg、導体パターン2CPs2、および図18に示す導体パターン2CPs1によりシールドされる。したがって、図19を用いて説明したマイクロストリップラインの構造の場合より、さらにノイズを低減することができる。
平面視において、導体パターン2CPgの一部は、図18に示す導体パターン2CPs1と重なっている。したがって、図25に示すようにビア2vsを介して導体パターン2CPgと導体パターン2CPs1とを電気的に接続することで、導体パターン2CPgに基準電位を供給できる。
また、半導体装置PKG3が備える導体パターン2CPgは、配線層WL1を覆う絶縁膜PPFとは異なる絶縁膜SR2に覆われる。絶縁膜SR2は、例えばソルダレジスト膜を利用可能であるが、導体パターン2CPgを損傷や酸化から保護するための保護絶縁膜なので、衝撃緩和特性が高く、吸湿性が低い材料から成ることが好ましい。
なお、導体パターン2CPgを酸化等から保護するためには、導体パターン2CPgが絶縁膜SR2で覆われている方が好ましいが、上記したストリップライン構造を適用する観点からは、絶縁膜SR2は必須ではない。したがって、変形例としては、絶縁膜SR2が形成されず、導体パターン2CPgが露出する場合もある。
また、導体パターン2CPgの保護膜としての絶縁膜SR2を領域CHR1にも形成した場合、図24を用いて説明した半導体装置PKG2のように、複数のパッド2PDの一部分が絶縁膜SR2に覆われた構造にすることもできる。ただし、上記したように、パッド2PDの寄生容量を小さくする観点からはパッド2PDの平面積が小さい方が良い。そして、パッド2PDの平面積を小さくするためには、パッド2PDが絶縁膜SR2に覆われていない方が良い。このため、図25および図26に示すように、半導体装置PKG3の場合、領域CHR1には絶縁膜SR2が形成されず、複数のパッド2PDのそれぞれは、絶縁膜SR2から露出する。
<変形例2>
また、図10や図11に示す例では、半導体チップCHP1の電極3PDと配線基板SUB1のパッド2PDとを電気的に接続する導電性部材が、半田バンプである突起電極3BPである例について説明した。しかし、電極3PDと配線基板SUB1のパッド2PDとを電気的に接続する導電性部材には種々の変形例がある。図27は、図11に対する他の変形例である半導体装置の拡大断面図である。例えば、図27に示す半導体装置PKG4の場合、電極3PDと配線基板SUB1のパッド2PDとを電気的に接続する突起電極(導電性部材)3BPは、柱状に延びる金属部材であるピラーバンプBP1と、半田材BP2と、を含んでいる。ピラーバンプ(Cuピラー)BP1は、銅(Cu)を主成分とする金属から成り、パッド2PDと対向する先端面を備える。また、半田材BP2は、ピラーバンプBP1の先端面に接合される。半導体装置PKG1が備える突起電極3BPの場合、図11に示す突起電極3BPと比較して、半田材の使用量が少ない。
また、図示は省略するが、銅を主成分とする金属から成るピラーバンプBP1と銅を主成分とする金属から成るパッド2PDとを直接接合する場合もある。この場合、ピラーバンプBP1とパッド2PDとの間に半田が介在しないので、接合部が破壊し難くなる。また、銅を主成分とする金属を直接接合する接合方式の場合、半田を介在させた接合方式と比較して、高温保存環境下での金属化合物生成が抑制され、接合部の破断やエレクトロマイグレーションによる破断が抑制される。また、銅を主成分とする金属を直接接合する接合方式の場合、半田を介在させた接合方式と比較して、接合部の抵抗を低減できる。
なお、銅を主成分とする金属を直接接合する接合方式を適用する場合、例えば、図20~図23を用いて説明した工程により、パッド2PDを形成した後、多数のナノ金属粒子を含むペースト材をパッド2PD上に塗布し、これをリフロー接合、または焼結させることで、パッド2PDの表面を金属接合する工程を追加する。
<変形例3>
図6に示す例では、パッド形成層PDLおよびランド形成層LDL以外に7層の配線層を備える配線基板に適用した実施態様を示している。ただし、配線基板が備える配線層数には種々の変形例がある。図28および図29は、図6に示す半導体装置に対する他の変形例である半導体装置を示す断面図である。図28に示す半導体装置PKG5の場合、パッド形成層PDLとランド形成層LDLとの間には、配線層WL1、WL2およびWL3から成る3層構造の配線層を有する。半導体装置PKG5の場合、コア絶縁層である絶縁層2CRの上面2Ct上に配線層WL2があり、絶縁層2CRの下面2Cbに配線層WL3がある。配線層WL2には、グランドプレーンである大面積の導体パターン2CPs2が配置されている。また、配線層WL3には、電源プレーンである大面積の導体パターン2CPd3が形成されている。
半導体装置PKG5の場合、信号パッドSxPに接続される多数の信号伝送経路を領域CHR1から領域CHR2に引き出す信号配線(配線2d1)は、配線層WL1のみに配置される。また、半導体装置PKG5は、主にグランドプレーンが配置される配線層WL2と、主に電源プレーンが配置される配線層WL3とを有する。この場合、信号伝送経路を構成する信号パッドSxPの配置密度を向上させつつ、配線基板SUB1が備える配線層の数を低減できる。
また、図9に示す例では、信号パッドSxPが6列で配置された例を示している。信号伝送経路の数がさらに増加すると、信号パッドSxPの列数はさらに多くなる場合がある。ただし、隣り合う信号パッドSxPの間に配置される信号配線(図12に示す配線2d1)の数が増加すると、配線層WL1のみで、領域CHR1から領域CHR2に信号配線を引き出すことが困難になる場合がある。
この場合の対策として、例えば、図29に示す半導体装置PKG6のように、信号伝送経路が、複数の配線層において、領域CHR1から領域CHR2に引き出されていても良い。半導体装置PKG6の場合、多数列で配置される複数の信号パッドSxPに接続される信号伝送経路のうちの一部(例えば6列分の信号伝送経路)が配線層WL1で引出される。また、他の信号伝送経路(例えば他の4列分の信号伝送経路)は、配線層WL1以外の配線層(図29に示す例では、配線層WL3)において、複数の配線(第3層配線)2d3を介して、領域CHR1から領域CHR2に引き出されている。
図30は、図29に示す半導体装置が備える配線基板のパッド形成層における複数のパッドのレイアウト例を示す拡大平面図である。図30に示す半導体装置PKG6が有する複数の信号パッドSxPは、配線層WL1(図29参照)の配線2d1(図29参照)に接続される複数の信号パッドSxP5と、配線層WL3(図29参照)の配線2d3(図29参照)に接続される複数の信号パッドSxP5と、を含む。複数の信号パッドSxP5のそれぞれは、複数の信号パッドSxP6のそれぞれより、領域CHR1と領域CHR2との境界の近くに配置される。図30に示す例では、複数の信号パッドSxP5は、列3PL1~列3PL6に配置される。複数の信号パッドSxP6は、列3PL7~列3PL10に配置される。
複数の信号パッドSxPのそれぞれはビア2vに接続されている。ただし、複数の信号パッドSxP5と複数の信号パッドSxP6は、それぞれ異なるピッチで配置されている。詳しくは、複数の信号パッドSxP6のうち隣り合う信号パッドSxP6のピッチ(中心間距離)P2は、複数の信号パッドSxP5のうち隣り合う信号パッドSxP5のピッチ(中心間距離)P1より広い。信号パッドSx6は、領域CHR1において、配線層WL3(図29参照)に接続される。このため、配線層WL1(図29参照)においてチップ領域CHR2に引き出される信号パッドSxP5と比較すると、狭ピッチ化することが難しい。そこで、半導体装置PKG6の場合、複数の信号パッドSxP5に対しては、図9~図17等を用いて説明した構造を適用することにより、信号パッドSxP5の狭ピッチ化を図っている。一方、複数の信号パッドSxP6は、複数の信号パッドSxP5より広いピッチP2で配列されている。この場合、全ての信号配線を配線層WL1に配置する場合と比較して、配線層数が増加する。ただし、複数の信号伝送経路の一部に図9~図17等を用いて説明した構造を適用することにより、全体としては配線層数の増加を抑制することができる。
<変形例4>
また、図9に示す例では、列3PL1~列3PL6の各列には、信号パッドSxPのみが配置され、基準電位が供給されるパッドVsPや電源電位が供給されるパッドVdPが配置されていない。図9に示す列3PL1~列3PL6の各列にパッドVsPやパッドVdPが配置されていても良い。この場合、信号パッドSxPの間にパッドVsPやパッドVdPが配置される場合、これらのパッド2PDには、図14に示すビア2v1と同じ形状のビア2vが接続される。また、信号パッドSxPの間に配置されるパッドVsPやパッドVdPは、図14に示すビアランド2LS1と同じ形状のビアランド(図示は省略)に電気的に接続される。この場合、図12に示す複数の配線2d1のうちの一部を基準電位の供給経路として利用しても良い。あるいは、基準電位または電源電位が供給されるビアランドの下層に図14に示すビア2v1と同じ形状のビア2vが接続され、図15に示す導体パターン2CPs2や導体パターン2CPd2と電気的に接続されても良い。図9に示す列3PL1~列3PL6の各列にパッドVsPやパッドVdPが配置される場合、パッドVsPやパッドVdPをリファレンス経路として利用することができる。
<変形例5>
また、図6に示す半導体装置PKG1の場合、複数のパッド2PDと、配線層WL1との接続構造についての説明を判り易くするため、単純化された構成例について説明した。しかし、上記した技術およびその変形例は、種々の構成の半導体装置に適用できる。例えば、半導体装置PKG1は配線基板SUB1上に1個の半導体チップCHP1が搭載されている。しかし、半導体チップCHP1を含む電子部品の数は1個に限定されない。例えば、配線基板SUB1上に複数の半導体チップが搭載された、マルチチップモジュールに適用する場合もある。また、半導体チップ(半導体部品、電子部品)に加えて、半導体パッケージ(半導体部品、電子部品)、例えばDDR(Double-Data-Rate)メモリやフラッシュメモリ、PMIC(Power Management Integrated Circuits)等も含むマルチパッケージモジュールに適用する場合もある。また、半導体チップCHP1の他にコンデンサやインダクタなどの電子部品が搭載されていても良い。例えば、交流信号の信号伝送経路の途中にコンデンサを直列で接続することにより、交流信号中の直流成分をカットすることができる。直流成分をカットする目的で信号伝送経路中に接続されるコンデンサは、DCカットコンデンサと呼ばれ、配線基板SUB1上に搭載される場合がある。また、半導体チップCHP1への電源供給を安定化させる観点から、電源供給経路中にバイパスコンデンサを挿入する場合がある。このバイパスコンデンサを配線基板SUB1上に搭載しても良い。
<変形例6>
また、図2では、信号伝送の例として、シングルエンドの信号を伝送する実施態様を取り上げて説明した。ただし、信号伝送方式は、シングルエンドには限定されず、差動信号を伝送しても良い。差動信号を伝送する場合、図2に示す複数の信号伝送経路SGPのそれぞれは、一対の差動対を有する。このため、1種類の差動信号を伝送するために、2本の信号配線が必要になる。差動対を構成する2本の信号配線のそれぞれは、ノイズ影響や伝送ロスなどの条件を揃えるため、互いに隣り合って並走し、かつ、延在距離の差を小さくすることが好ましい。
<変形例7>
また、上記では、例えば図6に示すように、ビルドアップ工法により形成されたパッケージ基板である配線基板SUB1の最上層の配線層WL1上にさらにパッド形成層PDLを設ける実施態様を取り上げて説明した。しかし、パッド形成層PDLを設けることにより、信号伝送経路の高密度化に対応する技術は、図6に示す例の他、種々の変形例に適用できる。例えば、半導体パッケージ(半導体部品、電子部品)を含む、複数の電子部品が搭載され、これらを支持する支持基板であるマザーボードや、複数のモジュールを電気的に接続するインタポーザ基板などに適用することもできる。
<変形例8>
また、例えば、上記の通り種々の変形例について説明したが、上記で説明した各変形例同士を組み合わせて適用することができる。
その他、上記実施の形態に記載された内容の一部を以下に記載する。
〔付記1〕
以下の工程を含む半導体装置の製造方法:
(a)第1主面、前記第1主面の反対側の第2主面、前記第1主面に配列される複数のパッド、および前記第1主面と前記第2主面との間にある複数の配線層を備える配線基板を準備する工程;
(b)前記(a)工程の後、第1表面、前記第1表面の反対側の第1裏面、および前記第1表面に配列される複数の電極を備える半導体部品を、前記第1表面と前記配線基板の前記第1主面とが対向するように、前記配線基板上に搭載する工程;
前記(a)工程には、
(a1)ビルドアップ工法により、第1配線層を含む複数の配線層を形成する工程;
(a2)前記(a1)工程の後、感光性樹脂から成る第1絶縁膜を前記第1配線層上に形成する工程;
(a3)前記(a2)工程の後、前記第1絶縁膜に光を照射し、前記第1絶縁膜に複数の貫通孔を形成する工程;
(a4)前記(a3)工程の後、前記第1絶縁膜上および前記複数の貫通孔内のそれぞれにシード金属膜を形成する工程;
(a5)前記(a4)工程の後、前記シード金属膜上に複数の開口部が形成されたメッキマスクを形成し、前記複数の貫通孔内に複数のビアを、前記複数のビア上のパッド形成層に前記複数のパッドを形成する工程;
を含み、
前記(a1)工程において、前記第1配線層には、第1信号が伝送される第1ビアランドと、第1ビアランドに接続され、第1方向に延びる第1配線と、前記第1信号とは異なる第2信号が伝送される第2ビアランドと、第2ビアランドに接続され、前記第1配線と隣り合って前記第1方向に延びる第2配線と、が形成され、
前記(a4)工程において、前記第1ビアランド上には前記複数のビアに含まれる第1ビアが、前記第2ビアランド上には前記複数のビアに含まれる第2ビアが、それぞれ形成され、
前記(a5)工程において、前記第1ビア上には第1パッドが、前記第2ビア上には第2パッドが、それぞれ形成され、
前記第1方向と交差する第2方向において、前記第1ビアランドの幅は、前記第1配線の幅より大きく、
平面視において、前記第2配線は、前記第1ビアランドと隣り合い、かつ、前記第1パッドと重なる、半導体装置の製造方法。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
2b 下面(面、主面、実装面、第2主面)
2Cb 下面
2CP,2CP1,2CP2,2CP3,2CPd1,2CPd2,2CPd3,2CPg,2CPs1,2CPs2,2CPs3 導体パターン
2CR 絶縁層(コア材、コア絶縁層)
2Ct 上面
2d 配線
2d1,2dS1,2dS2,2dS3,2dS4 配線(第1層配線)
2d3 配線(第3層配線)
2e 絶縁膜
2LD ランド
2LS,2LS1,2LS2,2LS3,2LS4 ビアランド(信号ビアランド)
2PD,VdP,VsP パッド(端子、ボンディングパッド、ボンディングリード、半導体チップ接続用端子)
2PDs,2s,3s 側面
2t 上面(面、主面、チップ搭載面、第1主面)
2THW スルーホール配線
2v,2v1,2v1,2v12,2v2,2v23,2v3,2v4,2vd,2vd2,2vd3,2vs,2vs1,2vs2,2vs3 ビア
2VH 貫通孔
3b 裏面(主面、下面)
3BP 突起電極(導電性部材、バンプ電極)
3PD,Vd,Vs 電極(パッド、電極パッド、ボンディングパッド)
3PF 絶縁膜(パッシベーション膜、保護絶縁膜)
3PL1,3PL2,3PL3,3PL4,3PL5,3PL6,3PL7,3PL8 列
3t 表面(主面、上面)
BDhs 接着材(放熱樹脂)
BP1 ピラーバンプ(Cuピラー)
BP2 半田材
CHP1 半導体チップ
CHR1,CHR2 領域
CHRs 辺
DD1,DD2,DL1,DL2,DV1,DV2,DVd1,DVd2,DVd3,DVs1,DVs2,DVs3 幅
DP1,DVc1 直径
EDV1 電子装置(電子機器)
HS 放熱板(ヒートスプレッダ、放熱部材)
LDL ランド形成層(端子形成層)
MB1 配線基板(マザーボード、実装基板)
MRF メッキマスク
P1、P2 ピッチ(中心間距離)
PDL パッド形成層(端子形成層)
PHL 光
PHM フォトマスク(レチクル)
PHMH、RFH 開口部
PKG1,PKG2,PKG3,PKG4,PKG5,PKG6 半導体装置
PPF 絶縁膜(感光性高分子膜)
Rx,Sx,Tx 信号電極
SB 半田ボール(半田材、外部端子、電極、外部電極)
SFR 支持枠(スティフナリング)
SGP 信号伝送経路
SGPR 入力信号伝送経路
SGPT 出力信号伝送経路
SGR,SGT 信号
SR1,SR2 絶縁膜
SUB1 配線基板
SxP,SxP1,SxP2,SxP3,SxP4,SxP5,SxP6 信号パッド
UF アンダフィル樹脂(絶縁性樹脂)
VDD 電源電位(第2電位)
VSS 基準電位(第1電位)
WL1,WL2,WL3,WL4,WL5,WL6,WL7 配線層

Claims (16)

  1. 第1表面、前記第1表面の反対側の第1裏面、および前記第1表面に配列された複数の電極を備える半導体チップと、
    前記半導体チップが搭載された第1主面、前記第1主面の反対側の第2主面、前記第1主面に配列された複数のパッド、および前記第1主面と前記第2主面との間にある複数の配線層を備える配線基板と、
    を有し、
    前記半導体チップの前記複数の電極と前記配線基板の前記複数のパッドとは、互いに対向し、かつ導電性部材を介して電気的に接続され、
    前記配線基板は、前記複数のパッドが形成されたパッド形成層と、前記複数の配線層のうち前記パッド形成層の最も近くにある第1配線層と、を有し、
    前記第1配線層には、平面視において前記複数のパッドと重なる位置に配置され、ビアを介して前記複数のパッドと電気的に接続された複数の導体パターンと、前記複数の導体パターンに接続された複数の第1層配線と、が形成され、
    前記配線基板の前記第1主面および前記複数の配線層のそれぞれは、前記半導体チップと重なる第1領域と、前記半導体チップと重ならず、かつ、前記第1領域の周囲にある第2領域と、を含み、
    前記複数の第1層配線のそれぞれは、前記第1領域と前記第2領域とを跨ぐように延び、
    前記複数のパッドは、第1信号が伝送される第1パッドと、前記第1信号と異なる第2信号が伝送される第2パッドと、を含み、
    前記複数の導体パターンは、平面視において前記第1パッドと重なる位置に配置され、第1ビアを介して前記第1パッドと電気的に接続された第1ビアランドと、平面視において前記第2パッドと重なる位置に配置され、第2ビアを介して前記第2パッドと電気的に接続された第2ビアランドと、を含み、
    前記複数の第1層配線は、前記第1ビアランドに接続され、第1方向に延びる第1配線と、前記第2ビアランドに接続され、前記第1配線と隣り合って前記第1方向に延びる第2配線と、を含み、
    前記第1方向と交差する第2方向において、前記第1ビアランドの幅は、前記第1配線の幅より大きく、
    平面視において、前記第2配線は、前記第1ビアランドと隣り合い、かつ、前記第1パッドと重なり、
    平面視において、前記第1ビアランドは、前記第1方向の第1幅と、前記第2方向の第2幅と、を有し、
    前記第1ビアランドの前記第2幅は、前記第1幅よりも小さく、
    前記第1パッドと前記第2配線とが重なる領域において、前記第2配線の前記第2方向の幅は、前記第1ビアランドの前記第2幅より小さく、
    平面視において、前記第1ビアは、前記第1方向の第3幅と、前記第2方向の第4幅と、を有し、
    前記第1ビアの前記第4幅は、前記第3幅より小さく、
    前記第1ビアランドの前記第2幅は、前記第1ビアの前記第4幅より大きく、
    前記第1ビアランドの前記第1幅は、前記第1ビアの前記第3幅より大きく、
    前記複数のパッドは、第1電位が供給される複数の第1電位パッドを含み、
    前記複数の導体パターンは、複数の第1電位ビアを介して前記複数の第1電位パッドのそれぞれと電気的に接続される第1導体パターンを含み、
    平面視において、前記複数の第1電位ビアのそれぞれは、前記第2方向の第5幅を有し、
    複数の第1電位ビアのそれぞれの前記第5幅は、前記第1ビアの前記第4幅より大きく、
    前記第1方向において、前記第1配線は、前記第1ビアランドの一方側に配置され、前記第1導体パターンは、前記第1ビアランドの他方側に配置される、半導体装置。
  2. 請求項1において、
    前記第1方向において、前記第2ビアランドは、前記第1ビアランドと前記第1導体パターンとの間に配置される、半導体装置。
  3. 請求項1において、
    前記複数の第1電位パッドは、前記第1方向と交差する第3方向に沿って配列される、半導体装置。
  4. 第1表面、前記第1表面の反対側の第1裏面、および前記第1表面に配列された複数の電極を備える半導体チップと、
    前記半導体チップが搭載された第1主面、前記第1主面の反対側の第2主面、前記第1主面に配列された複数のパッド、および前記第1主面と前記第2主面との間にある複数の配線層を備える配線基板と、
    を有し、
    前記半導体チップの前記複数の電極と前記配線基板の前記複数のパッドとは、互いに対向し、かつ導電性部材を介して電気的に接続され、
    前記配線基板は、前記複数のパッドが形成されたパッド形成層と、前記複数の配線層のうち前記パッド形成層の最も近くにある第1配線層と、を有し、
    前記第1配線層には、平面視において前記複数のパッドと重なる位置に配置され、ビアを介して前記複数のパッドと電気的に接続された複数の導体パターンと、前記複数の導体パターンに接続された複数の第1層配線と、が形成され、
    前記配線基板の前記第1主面および前記複数の配線層のそれぞれは、前記半導体チップと重なる第1領域と、前記半導体チップと重ならず、かつ、前記第1領域の周囲にある第2領域と、を含み、
    前記複数の第1層配線のそれぞれは、前記第1領域と前記第2領域とを跨ぐように延び、
    前記複数のパッドは、第1信号が伝送される第1パッドと、前記第1信号と異なる第2信号が伝送される第2パッドと、を含み、
    前記複数の導体パターンは、平面視において前記第1パッドと重なる位置に配置され、第1ビアを介して前記第1パッドと電気的に接続された第1ビアランドと、平面視において前記第2パッドと重なる位置に配置され、第2ビアを介して前記第2パッドと電気的に接続された第2ビアランドと、を含み、
    前記複数の第1層配線は、前記第1ビアランドに接続され、第1方向に延びる第1配線と、前記第2ビアランドに接続され、前記第1配線と隣り合って前記第1方向に延びる第2配線と、を含み、
    前記第1方向と交差する第2方向において、前記第1ビアランドの幅は、前記第1配線の幅より大きく、
    平面視において、前記第2配線は、前記第1ビアランドと隣り合い、かつ、前記第1パッドと重なり、
    平面視において、前記第1ビアランドは、前記第1方向の第1幅と、前記第2方向の第2幅と、を有し、
    前記第1ビアランドの前記第2幅は、前記第1幅よりも小さく、
    前記第1パッドと前記第2配線とが重なる領域において、前記第2配線の前記第2方向の幅は、前記第1ビアランドの前記第2幅より小さく、
    平面視において、前記第1ビアは、前記第1方向の第3幅と、前記第2方向の第4幅と、を有し、
    前記第1ビアの前記第4幅は、前記第3幅より小さく、
    前記第1ビアランドの前記第2幅は、前記第1ビアの前記第4幅より大きく、
    前記第1ビアランドの前記第1幅は、前記第1ビアの前記第3幅より大きく、
    前記複数のパッドは、第1電位が供給される複数の第1電位パッドを含み、
    前記複数の導体パターンは、複数の第1電位ビアを介して前記複数の第1電位パッドのそれぞれと電気的に接続される第1導体パターンを含み、
    平面視において、前記複数の第1電位ビアのそれぞれは、前記第2方向の第5幅を有し、
    複数の第1電位ビアのそれぞれの前記第5幅は、前記第1ビアの前記第4幅より大きく、
    前記複数の第1電位パッドは、前記第1方向と交差する第3方向に沿って配列され、
    前記配線基板は、前記複数の配線層のうち前記第1配線層の最も近くにある第2配線層を有し、
    前記第2配線層は、前記第1導体パターンと電気的に接続され、かつ、前記第1導体パターンの前記第1領域内の部分より面積が大きい第2導体パターンを有し、
    前記第2領域において、前記複数の第1層配線のそれぞれは、前記第2配線層の第2導体パターンと重なる、半導体装置。
  5. 請求項3において、
    前記第1電位が供給される前記第1導体パターンは、前記第1配線層において、前記第1領域および前記第2領域の両方にあり、
    前記第2領域では、前記複数の第1層配線の間に前記複数の第1層配線のそれぞれと離間する前記第1導体パターンが配置される、半導体装置。
  6. 請求項1において、
    前記複数の第1電位パッドは、前記第1方向と交差する第3方向に沿って配列され、
    前記パッド形成層は、前記第2領域に配置され、かつ、前記第1電位が供給され、かつ、前記第1導体パターンの前記第1領域内の部分より面積が大きい第3導体パターンを有し、
    前記第2領域において、前記複数の第1層配線のそれぞれは、前記パッド形成層の前記第3導体パターンと重なる、半導体装置。
  7. 請求項6において、
    前記複数の第1層配線および前記複数の導体パターンは、第1絶縁膜に覆われ、
    前記第2領域の前記第3導体パターンは、前記第1絶縁膜とは異なる第2絶縁膜に覆われ、
    前記第1領域には前記第2絶縁膜が形成されず、前記複数のパッドは、前記第2絶縁膜から露出する、半導体装置。
  8. 請求項4において、
    前記パッド形成層は、前記第2領域に配置され、かつ、前記第1電位が供給され、かつ、前記第1導体パターンの前記第1領域内の部分より面積が大きい第3導体パターンを有し、
    前記第2領域において、前記複数の第1層配線のそれぞれは、前記パッド形成層の前記第3導体パターンと重なる、半導体装置。
  9. 請求項において、
    前記複数の第1層配線および前記複数の導体パターンは、第1絶縁膜に覆われ、
    前記第2領域の前記第3導体パターンは、前記第1絶縁膜とは異なる第2絶縁膜に覆われ、
    前記第1領域には前記第2絶縁膜が形成されず、前記複数のパッドは、前記第2絶縁膜から露出する、半導体装置。
  10. 請求項1において、
    前記配線基板は、前記複数の配線層のうち前記第1配線層の最も近くにある第2配線層を有し、
    前記第1配線層において、前記第1配線の一方の端部は前記第1ビアランドに接続され、前記第1配線の他方の端部は第4導体パターンに接続され、
    前記第4導体パターンは、前記第1配線層と前記第2配線層とを電気的に接続する第1信号ビアに接続され、
    前記第4導体パターンの前記第2方向の幅は、前記第1ビアランドの前記第2幅より大きい、半導体装置。
  11. 請求項1において、
    前記配線基板は、前記複数の配線層のうち前記第1配線層の最も近くにある第2配線層を有し、
    前記パッド形成層に配置された複数のパッドは、信号が伝送される複数の信号パッドを含み、
    前記第1配線層に形成される前記複数の導体パターンは、前記複数の信号パッドと重なる位置に配置され、かつ、前記複数の信号パッドと電気的に接続された複数の信号ビアランドを含み、
    前記複数の信号ビアランドは、前記複数の第1層配線を介して、前記第1配線層と前記第2配線層とを電気的に接続する複数の信号ビアにそれぞれ接続され、
    前記複数の信号ビアランドは、前記複数の信号ビアと重ならない、半導体装置。
  12. 請求項1において、
    前記複数の第1層配線および前記複数の導体パターンは、感光性樹脂から成る第1絶縁膜に覆われ、
    前記第1絶縁膜には、前記複数の導体パターンと重なる位置に複数の貫通孔が形成され、
    前記複数のビアは、前記複数の貫通孔内に埋め込まれる、半導体装置。
  13. 第1表面、前記第1表面の反対側の第1裏面、および前記第1表面に配列された複数の電極を備える半導体チップと、
    前記半導体チップが搭載された第1主面、前記第1主面の反対側の第2主面、前記第1主面に配列された複数のパッド、および前記第1主面と前記第2主面との間にある複数の配線層を備える配線基板と、
    を有し、
    前記半導体チップの前記複数の電極と前記配線基板の前記複数のパッドとは、互いに対向し、かつ導電性部材を介して電気的に接続され、
    前記配線基板は、前記複数のパッドが形成されたパッド形成層と、前記複数の配線層のうち前記パッド形成層の最も近くにある第1配線層と、を有し、
    前記第1配線層には、平面視において前記複数のパッドと重なる位置に配置され、ビアを介して前記複数のパッドと電気的に接続された複数の導体パターンと、前記複数の導体パターンに接続された複数の第1層配線と、が形成され、
    前記配線基板の前記第1主面および前記複数の配線層のそれぞれは、前記半導体チップと重なる第1領域と、前記半導体チップと重ならず、かつ、前記第1領域の周囲にある第2領域と、を含み、
    前記複数の第1層配線のそれぞれは、前記第1領域と前記第2領域とを跨ぐように延び、
    前記複数のパッドは、第1信号が伝送される第1パッドと、前記第1信号と異なる第2信号が伝送される第2パッドと、を含み、
    前記複数の導体パターンは、平面視において前記第1パッドと重なる位置に配置され、第1ビアを介して前記第1パッドと電気的に接続された第1ビアランドと、平面視において前記第2パッドと重なる位置に配置され、第2ビアを介して前記第2パッドと電気的に接続された第2ビアランドと、を含み、
    前記複数の第1層配線は、前記第1ビアランドに接続され、第1方向に延びる第1配線と、前記第2ビアランドに接続され、前記第1配線と隣り合って前記第1方向に延びる第2配線と、を含み、
    前記第1方向と交差する第2方向において、前記第1ビアランドの幅は、前記第1配線の幅より大きく、
    平面視において、前記第2配線は、前記第1ビアランドと隣り合い、かつ、前記第1パッドと重なり、
    平面視において、前記第1ビアランドは、前記第1方向の第1幅と、前記第2方向の第2幅と、を有し、
    前記第1ビアランドの前記第2幅は、前記第1幅よりも小さく、
    前記第1パッドと前記第2配線とが重なる領域において、前記第2配線の前記第2方向の幅は、前記第1ビアランドの前記第2幅より小さく、
    平面視において、前記第1ビアは、前記第1方向の第3幅と、前記第2方向の第4幅と、を有し、
    前記第1ビアの前記第4幅は、前記第3幅より小さく、
    前記第1ビアランドの前記第2幅は、前記第1ビアの前記第4幅より大きく、
    前記第1ビアランドの前記第1幅は、前記第1ビアの前記第3幅より大きく、
    前記複数の第1層配線および前記複数の導体パターンは、感光性樹脂から成る第1絶縁膜に覆われ、
    前記第1絶縁膜には、前記複数の導体パターンと重なる位置に複数の貫通孔が形成され、
    前記複数のビアは、前記複数の貫通孔内に埋め込まれ、
    前記配線基板は、前記複数の配線層のうち前記第1配線層の最も近くにある第2配線層を有し、
    前記配線基板は、前記第1配線層と前記第2配線層との間にある第3絶縁膜を有し、
    前記第1絶縁膜の厚さは、前記第3絶縁膜の厚さより薄い、半導体装置。
  14. 請求項1において、
    前記半導体チップの前記複数の電極と前記配線基板の前記複数のパッドとを電気的に接続する複数の前記導電性部材は、絶縁性樹脂により封止され、
    前記複数のパッドのそれぞれの側面は、前記絶縁性樹脂または前記導電性部材に接触する、半導体装置。
  15. 第1表面、前記第1表面の反対側の第1裏面、および前記第1表面に配列された複数の電極を備える半導体チップと、
    前記半導体チップが搭載された第1主面、前記第1主面の反対側の第2主面、前記第1主面に配列された複数のパッド、および前記第1主面と前記第2主面との間にある複数の配線層を備える配線基板と、
    を有し、
    前記半導体チップの前記複数の電極と前記配線基板の前記複数のパッドとは、互いに対向し、かつ導電性部材を介して電気的に接続され、
    前記配線基板は、前記複数のパッドが形成されたパッド形成層と、前記複数の配線層のうち前記パッド形成層の最も近くにある第1配線層と、を有し、
    前記第1配線層には、平面視において前記複数のパッドと重なる位置に配置され、ビアを介して前記複数のパッドと電気的に接続された複数の導体パターンと、前記複数の導体パターンに接続された複数の第1層配線と、が形成され、
    前記配線基板の前記第1主面および前記複数の配線層のそれぞれは、前記半導体チップと重なる第1領域と、前記半導体チップと重ならず、かつ、前記第1領域の周囲にある第2領域と、を含み、
    前記複数の第1層配線のそれぞれは、前記第1領域と前記第2領域とを跨ぐように延び、
    前記複数のパッドは、第1信号が伝送される第1パッドと、前記第1信号と異なる第2信号が伝送される第2パッドと、を含み、
    前記複数の導体パターンは、平面視において前記第1パッドと重なる位置に配置され、第1ビアを介して前記第1パッドと電気的に接続された第1ビアランドと、平面視において前記第2パッドと重なる位置に配置され、第2ビアを介して前記第2パッドと電気的に接続された第2ビアランドと、を含み、
    前記複数の第1層配線は、前記第1ビアランドに接続され、第1方向に延びる第1配線と、前記第2ビアランドに接続され、前記第1配線と隣り合って前記第1方向に延びる第2配線と、を含み、
    前記第1方向と交差する第2方向において、前記第1ビアランドの幅は、前記第1配線の幅より大きく、
    平面視において、前記第2配線は、前記第1ビアランドと隣り合い、かつ、前記第1パッドと重なり、
    平面視において、前記第1ビアランドは、前記第1方向の第1幅と、前記第2方向の第2幅と、を有し、
    前記第1ビアランドの前記第2幅は、前記第1幅よりも小さく、
    前記第1パッドと前記第2配線とが重なる領域において、前記第2配線の前記第2方向の幅は、前記第1ビアランドの前記第2幅より小さく、
    平面視において、前記第1ビアは、前記第1方向の第3幅と、前記第2方向の第4幅と、を有し、
    前記第1ビアの前記第4幅は、前記第3幅より小さく、
    前記第1ビアランドの前記第2幅は、前記第1ビアの前記第4幅より大きく、
    前記第1ビアランドの前記第1幅は、前記第1ビアの前記第3幅より大きく、
    前記複数のパッドは、前記第1信号および前記第2信号と異なる第3信号が伝送される第3パッドを含み、
    前記第1配線層に形成された前記複数の導体パターンは、平面視において前記第3パッドと重なる位置に配置され、第3ビアを介して前記第3パッドと電気的に接続される第3ビアランドを含み、
    前記複数の第1層配線は、前記第3ビアランドに接続され、前記第1配線と隣り合って前記第1方向に延びる第3配線を含み、
    平面視において、
    前記第1ビアランドは、前記第2配線と前記第3配線との間にあり、
    前記第3配線は、前記第1パッドと重なる、半導体装置。
  16. 請求項1において、
    前記複数のパッドは、前記第1方向に交差する前記第2方向に沿って前記第1パッドの隣に配列され、前記第1信号および前記第2信号と異なる第4信号が伝送される第4パッドを含み、
    前記第1配線層に形成された複数の導体パターンは、平面視において前記第4パッドと重なる位置に配置され、第4ビアを介して前記第4パッドと電気的に接続される第4ビアランドを含み、
    平面視において、前記第1ビアランドと前記第4ビアランドとの間には、5本以上の前記複数の第1層配線が配置される、半導体装置。
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