(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体基板上に立体構造物を備えた構造において、再配線を精密に作り込むことができ、再配線の露出や形成不良を引き起こすことが無い半導体装置と製法を提供する。【解決手段】主面に電極１が形成された半導体基板２と、電極の少なくとも一部を除いて半導体基板の主面上に被覆形成された絶縁層３と、半導体基板上の所定の位置に形成された絶縁性の立体構造物６と、電極に接続して絶縁層上に形成された第１の再配線層５とを具備してなり、立体構造物が第１の再配線層の少なくとも一部上に位置するように半導体基板上に設けられ、立体構造物に該立体構造物を貫通して第１の再配線層の少なくとも一部に望む接続孔６ａが形成され、立体構造物に第１の再配線層に接続され、接続孔を通過して立体構造物の上面まで延出形成された第２の再配線層８が形成されてなる。【選択図】図５
2010092930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面に電極が形成された半導体基板と、前記電極の少なくとも一部を除いて前記半導体基板の主面上に被覆形成された絶縁層と、前記半導体基板上の所定の位置に形成された絶縁性の立体構造物と、前記電極と電気的に接続して前記絶縁層上に形成された第１の再配線層とを具備してなる半導体装置であって、
前記立体構造物が前記第１の再配線層の少なくとも一部上に位置するように前記半導体基板上に設けられ、前記立体構造物に該立体構造物の上面から貫通して前記第１の再配線層の少なくとも一部に臨む接続孔が形成されるとともに、前記立体構造物に一端が前記第１の再配線層と電気的に接続され、かつ、他端が前記接続孔を通過して立体構造物の上面まで延出形成された第２の再配線層が形成されてなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記立体構造物上にその上面側の第２の再配線層と電気的に接続するバンプが設けられてなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記立体構造物が前記第１の再配線層と前記絶縁層の上に跨るように形成されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体基板上の絶縁層の上面と、前記第１の再配線層と、前記立体構造物上の第２の再配線層の周囲を覆う被覆層が形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体基板の主面上に複数の立体構造物が形成され、これら複数の立体構造物の各々に形成された接続孔が平面視長軸と短軸を有する楕円形に形成されるとともに、前記複数の立体構造物がそれらの接続孔の短軸を個々に半導体基板の中央側に向けて配置されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
主面に電極が形成された半導体基板と、前記電極の少なくとも一部を除いて前記半導体基板の主面上に被覆形成された絶縁層と、前記半導体基板上の所定の位置に形成された絶縁性の立体構造物と、前記電極と電気的に接続して前記絶縁層上に形成された第１の再配線層とを具備してなる半導体装置を製造するにあたり、
前記電極の少なくとも一部を除くように半導体基板上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に第１の再配線層を形成する工程と、接続孔を有する立体構造物を該接続孔を前記第１の再配線層の少なくとも一部上に配置して前記絶縁層上に形成する工程と、前記接続孔の下の第１の再配線層と電気的に接続して前記接続孔の内部と前記立体構造物の上面とに達する第２の再配線層を形成する工程とを具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記立体構造物の上面側において第２の再配線層の設置部分の一部を除く部分と、前記絶縁層上と、前記第１の再配線層上とに被覆層を形成し、この後に立体構造物上に前記第２の再配線層と電気的に接続するようにバンプを形成する工程を具備することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハレベルＣＳＰ（Chip Size / Scale Package）等の半導体装置において、半導体素子が形成されている半導体基板上に立体構造物が形成されている構造に対し、半導体素子用の電極と立体構造物の上面との間を電気的に接続する再配線層を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体パッケージ構造として、例えば半導体チップを樹脂により封止したパッケージ(いわゆる、Dual Inline Package や Quad Flat Package)では、樹脂パッケージ周辺の側面に金属リード電極を配置する周辺端子配置型が主流であった。
これに加えて、近年急速に普及している半導体パッケージ構造として、例えば、ＣＳＰ(チップスケールパッケージ)と呼ばれ、パッケージの平坦な表面に電極を平面状に配置した、いわゆるボールグリッドアレイ(ＢＧＡ)技術の採用により、同一電極端子数を持つ同一投影面積の半導体チップを、従来よりも小さい面積で電子回路基板に高密度実装することを可能としたパッケージ構造が知られている。このＢＧＡタイプの半導体パッケージにおいては、パッケージの面積が半導体チップの面積にほぼ等しい、いわゆるチップスケールパッケージ(ＣＳＰ)と呼ばれる構造が、前述のＢＧＡ電極配置構造とともに開発され、電子機器の小型軽量化に大きく貢献している。このチップスケールパッケージは、回路を形成したシリコンウエハを切断し、個々の半導体チップを個別にパッケージングするものである。
【０００３】
これらに対し、一般的に「ウエハレベルＣＳＰ」と呼ばれる製法が知られている。この製法では、回路を形成したシリコンウエハ上の電極と電気的な接続を保つように絶縁樹脂層を形成し、次にシード層を形成し、めっきレジストを形成する。さらにめっきにて再配線を形成し、めっきレジストを剥離した後、再配線をマスクとしてシード層をエッチングし、封止樹脂層を形成する。次に、再配線と電気的な接続を保つように封止樹脂層の一部に開口部を設けてパッドを形成しその上に半田バンプを形成し、最終工程においてウエハを所定のチップ寸法にダイシングすることで、パッケージ構造を具備した半導体チップを得ることができる。
ウエハレベルＣＳＰの製造方法における特徴は、パッケージを構成する部材をすべてウエハの形状において加工することにある。すなわち、絶縁樹脂層、再配線、封止樹脂層、半田バンプ等は、すべてウエハの状態で形成され、ダイシング後の最終的なパッケージ面積は、半導体チップの面積と等しくなる。
【０００４】
従来技術において再配線の形成には、主にセミアディティブ法が用いられている。その場合、ウエハ上にめっきレジストを形成する手段としては、感光性の樹脂をスピンコート法あるいはラミネート法を用いてウエハ上に成膜し、さらに、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングする手法が一般的である。そのような技術背景の中、近年では、電子機器の小型化、高密度化の理由で、半導体素子が形成されたウエハ上に、立体構造物を形成した後、更に再配線を形成した構造からなる半導体装置等が現われてきている。それらの半導体装置には、半導体素子の電極と、立体構造物の上面との間を電気的に接続するための、再配線を形成することが必要である。
【０００５】
また、この種の再配線を利用した従来技術として、半導体ウエハの表面側に絶縁性の樹脂ポストを形成し、この樹脂ポストの表面に凹部を形成し、半導体ウエハの表面側に形成されている半導体素子用の電極と前記凹部を有した樹脂ポストの間に再配線層を形成し、樹脂ポストの外壁から上面と凹部内まで再配線層を延出形成し、樹脂ポストの凹部上に半田バンプを設けて前記凹部内の再配線層と半田バンプとを接続した構造が知られている。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００６−２２８９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前述したウエハ上に立体構造物を形成する従来技術では、立体構造物を有するウエハ上に感光性樹脂を成膜すると、凹凸追従性が得られず、その膜厚は不均一となってしまうおそれがある。その結果、露光や現像の条件がウエハ面内でばらつき、パターニング不良の原因となるため、再配線の厚さのばらつき発生、断線発生、形状不良などの面において品質が問題となる。
更に、立体構造物を有するウエハ上に成膜した感光性樹脂をフォトリソグラフィー技術で加工する場合、露光光が立体構造物によって散乱し、ハレーションによるパターニング不良を生じる問題がある。
以上の理由から、立体構造物を有するウエハ上の、特に立体構造物の周辺においては、めっきレジストを正確にパターニングすることが極めて困難である。つまり、従来の技術では、半導体素子の電極と、半導体基板の上に形成した立体構造物の上面との間を電気的に接続するための再配線を膜厚変動や断線といった形状不良を引き起こすことなく精密に形成することが難しい問題があった。
【０００７】
また、従来の構造では、立体構造物の外側壁からその上部側の角部をまたいで上面にかけて再配線を形成しているので、再配線の上に封止の目的で更に樹脂を被覆形成した場合、角部の再配線の上の樹脂は、熱や表面張力によって膜厚が薄くなってしまう問題があり、最悪の場合には被覆樹脂が全く成膜されずに再配線が露出する、といった問題が発生してしまう。
以上のように従来の技術では、半導体素子の上に立体構造物を形成した場合、半導体素子の電極と、立体構造物の上面との間を電気的に接続しようとしても、プロセス上の制約が大きいために、本来目的とする精密な形状で膜厚不良を有していない高品質の再配線を得ることが難しいという問題があった。
【０００８】
なお、先の特許文献１の如く樹脂ポストを設けた構造にあっても、樹脂ポストを立体構造物として見ると、再配線形成時の課題は解決されていないので、ウエハ上に立体構造物を備えた構造において、再配線を精密に作り込むことができ、再配線の露出や形成不良を引き起こすことが無く、プロセス上の制約も少ない半導体パッケージ及びその再配線の形成方法の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明は、主面に電極が形成された半導体基板と、前記電極の少なくとも一部を除いて前記半導体基板の主面上に被覆形成された絶縁層と、前記半導体基板上の所定の位置に形成された絶縁性の立体構造物と、前記電極と電気的に接続して前記絶縁層上に形成された第１の再配線層とを具備してなる半導体装置であって、
前記立体構造物が前記第１の再配線層の少なくとも一部上に位置するように前記半導体基板上に設けられ、前記立体構造物に該立体構造物の上面から貫通して前記第１の再配線層の少なくとも一部に臨む接続孔が形成されるとともに、前記立体構造物に一端が前記第１の再配線層と電気的に接続され、かつ、他端が前記接続孔を通過して立体構造物の上面まで延出形成された第２の再配線層が形成されてなることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、前記立体構造物上にその上面側の第２の再配線層と電気的に接続するバンプが設けられてなることを特徴とする。
本発明は、前記立体構造物が前記第１の再配線層と前記絶縁層の上に跨るように形成されてなることを特徴とする。
本発明は、前記半導体基板上の絶縁層の上面と、前記第１の再配線層と、前記立体構造物上の第２の再配線層の周囲を覆う被覆層が形成されてなることを特徴とする。  
【００１１】
本発明は、半導体基板の主面上に複数の立体構造物が形成され、これら複数の立体構造物の各々に形成された接続孔が平面視長軸と短軸を有する楕円形に形成されるとともに、前記複数の立体構造物がそれらの接続孔の短軸を個々に半導体基板の中央側に向けて配置されてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の製造方法は、主面に電極が形成された半導体基板と、前記電極の少なくとも一部を除いて前記半導体基板の主面上に被覆形成された絶縁層と、前記半導体基板上の所定の位置に形成された絶縁性の立体構造物と、前記電極と電気的に接続して前記絶縁層上に形成された第１の再配線層とを具備してなる半導体装置を製造するにあたり、前記電極の少なくとも一部を除くように半導体基板上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に第１の再配線層を形成する工程と、接続孔を有する立体構造物を該接続孔を前記第１の再配線層の少なくとも一部上に配置して前記絶縁層上に形成する工程と、前記接続孔の下の第１の再配線層と電気的に接続して前記接続孔の内部と前記立体構造物の上面とに達する第２の再配線層を形成する工程とを具備したことを特徴とする。
本発明の製造方法において、前記立体構造物の上面側において第２の再配線層の設置部分の一部を除く部分と、前記絶縁層上と、前記第１の再配線層上とに被覆層を形成し、この後に立体構造物上に前記第２の再配線層と電気的に接続するようにバンプを形成する工程を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明によれば、第１の再配線層の形成と第２の再配線層の形成を立体構造物の形成の前後に区分けして行うことができ、絶縁層上に第１の再配線層を形成する時のめっきレジストの形成を行う場合の凹凸追従性が不要となり、立体構造物の接続孔に第２の再配線層を形成する時の凹凸追従性も緩和できるので、両方の再配線層の成膜が容易となる。また、第１の再配線層を形成する際のめっきレジストのフォトリソグラフィーの場合、立体構造物によって露光光が散乱することに起因した立体構造物周囲のめっきレジストの形成不良を生じないようにすることができる。従って第１の再配線層を形成する際、微細な配線であっても支障なく正確に形成することができ、厚さの不均一性や断線などの欠陥を生じていない第１の再配線層を形成することができる。また、立体構造物の接続孔に形成する第２の再配線層についても第１の再配線層形成の精度に影響を与えることなく立体構造物の接続孔内に確実に形成できるので、電極から立体構造物の上面側まで形成する再配線層について高品質なものを精度良く形成できる。
【００１４】
また、絶縁層上の第１の再配線層と、立体構造物に設ける第２の再配線層を立体構造物に設けた接続孔の底部で接続できるので、他の再配線層などが設けられることのない面積的に余裕のある立体構造物の内部側において十分なコンタクト面積でもって両者の接続ができる。従って第１の再配線層と第２の再配線層との位置合わせやコンタクトを確実に行うことができ、半導体基板上の電極と再配線層との電気的なコンタクトを確実になし得る効果がある。
【００１５】
本発明によれば、前述の如く、第１の再配線層と第２の再配線層との位置合わせやコンタクトを確実に行うことができるので、立体構造物上に第２の再配線層に接続するバンプを設けることで、半導体基板上の電極とバンプとの電気的なコンタクトを確実になし得る効果がある。
本発明によれば、立体構造物の側壁の角部を再配線層が通過することがないので、立体構造物とその周囲の絶縁層、第１の再配線層上に被覆層を形成しても、立体構造物の角部上の被覆層の直接下側に長い距離で再配線層が存在しないので、被覆層が形成されずに再配線層が露出することがない。このため被覆層の形成も容易とすることができる。
本発明によれば、第１の再配線層と絶縁層の上に跨るように立体構造物を形成する場合、絶縁層に対して密着性に優れた樹脂からなる立体構造物を選択することで立体構造物の密着性が向上し、これにより半導体装置の信頼性が向上する。
【００１６】
次に、本発明の製造方法によれば、第１の再配線層の形成と第２の再配線層の形成を立体構造物の形成の前後に区分けして行うことができ、絶縁層上に第１の再配線層を形成する時のめっきレジストの形成を行う場合の凹凸追従性が不要となり、立体構造物の接続孔に第２の再配線層を形成する時の凹凸追従性も緩和できるので、両方の再配線層の成膜が容易となる。
第１の再配線層を形成する際のめっきレジストのフォトリソグラフィーの場合、立体構造物によって露光光が散乱することに起因した立体構造物周囲のめっきレジストの形成不良を生じないようにすることができる。従って第１の再配線層を形成する際、微細な配線であっても支障なく正確に形成することができ、厚さの不均一性や断線などの欠陥を生じていない第１の再配線層を形成することができる。
更に、立体構造物の接続孔に形成する第２の再配線層についても第１の再配線層形成の精度に影響を与えることなく立体構造物の接続孔内に確実に形成できるので、電極から立体構造物の上面側まで形成する再配線層について高品質なものを精度良く形成できる。
次に、立体構造物上にバンプを設ける場合、第２の再配線層とのコンタクトを確実になし得るので、半導体基板の電極に確実にコンタクトしたバンプを備えた半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の半導体装置及びその製造方法の一実施形態について図面を元に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の主旨を理解しやすいように具体的に説明したものであり、本発明は以下の実施形態により制限されるものではない。
図１〜図４は本実施形態の半導体装置（半導体パッケージ）を製造する方法を工程順に示すもので、図１〜図４を元に説明する工程を実施することにより、図５に断面構造を示す本実施形態の半導体装置（半導体パッケージ）を得ることができる。
図５は、ウエハレベル・チップ・サイズ／スケール・パッケージ（ＷＬＣＳＰ）の半田バンプ部分に本発明を適用した一実施形態を示すもので、この実施形態の半導体パッケージＡは、半導体素子用の電極１を表面（一主面）上に形成した半導体基板２と、半導体基板２の上に被覆形成された絶縁層３と、絶縁層３の上に配線された第１の再配線層５と、第１の再配線層５の一端部上面の大部分を覆うように形成された立体構造物６と、第１の再配線層５と立体構造物６の周辺部を覆うように絶縁層３の上に形成された被覆層７と、立体構造物６の中央側に形成された第２の再配線層８と、立体構造物６の上に形成された半田ボールなどのバンプ９を主体として構成されている。（なお、以下の文章において第１の再配線層５と第２の再配線層８については、説明の便宜のために、単に再配線層と記載することもある。）
【００１８】
半導体基板２はその表面部分に図示略の半導体集積回路が形成され、その半導体集積回路に接続される電極１を備えて構成されている。
電極１は、半導体基板２上に形成された半導体集積回路に電気的に接続される電極である。この電極１は、例えば、アルミニウム、銅、クロム、チタン、金、チタン−タングステン合金等の導電性を有する金属により構成されている。絶縁層３は、電極１の上面を除く半導体基板２の表面全面に形成された絶縁性の樹脂層であり、例えば、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）、液晶ポリマー等により構成される。なお、図５の構造では半導体基板２に電極１を１つのみ形成した部分を拡大して示すが、半導体基板２には通常複数の電極が形成されるので、複数の電極が形成されている場合は各電極に対応させて図５に示される構造の立体構造物６や再配線層５が複数形成されるのは勿論である。
【００１９】
図５に示す絶縁層３の上には前記電極１に基端部５ａにおいて接続する第１の再配線層５が前記電極１から所定距離離れた位置まで図５の例では直線状に延出形成され、この第１の再配線層５の先端側には先の直線部分よりも数倍以上の大きな径の平面視円形状の一端部５ｂが形成されている。第１の再配線層５は銅などの導電材料から、例えば厚さ５〜２０μｍに形成されている。
【００２０】
そして、第１の再配線層５の一端部５ｂの上に立体構造物６が形成されている。この立体構造物６は再配線層５の平面視丸形の一端部５ｂよりも若干半径の小さな円盤状の樹脂製などの構造物であり、その中心部には立体構造物６を上下方向（立体構造物６の上面側から底面側方向）に貫通する接続孔６ａが形成されている。この接続孔６ａは立体構造物６において半導体基板２に近い側（底面側）の孔径より半導体基板２と遠い側（上面側）の孔径が広くなるように上拡がり状に形成されている。この接続孔６ａの内周面の傾斜角度（半導体基板２の上面に対する接続孔内面の傾斜角度θ）は例えばθ＝４５゜〜９０゜の範囲に形成されることが望ましい。
【００２１】
接続孔６ａの形状は一般的には円筒状であるが、形状に特に制約は無い。接続孔６ａの内径はバンプ９との電気的な接続を得ることができる程度であれば特に制約はない。また、立体構造物６における接続孔６ａの形成位置は、全方向からの応力を緩和するという観点から、立体構造物６の中心に形成することが望ましいが、この形成位置についても特に制約はない。接続孔６ａを上拡がり形状とすることで後に形成する膜を付き易くする面において望ましい。立体構造物６の上面と接続孔６ａの内面にはめっき層の下地となるシード層が形成されていることが好ましい。（なお、図５においてシード層は記載を略している。）
【００２２】
接続孔６ａの内面と接続孔６ａの開口周辺部分には、銅などの導電材料からなる第２の再配線層８が形成されている。図５に示す構造においては、接続孔６ａの内周面を所定の厚さで覆いその下の第１の再配線層５の一端部５ｂに接続するとともに接続孔６ａの上部開口周縁に所定幅で拡がるように第２の再配線層８が形成されている。
次に、絶縁層３の上面側に、第１の再配線層５と立体構造物６の外周部分とを覆うとともに、接続孔６ａの内部中心側であって先の第２の再配線層８で埋められていない空隙部分を覆うように、かつ、立体構造物６の周辺部から第２の再配線層８の外周部分を覆うように被覆層７が形成されている。図５に示す構造では接続孔６ａの内部中心側を覆う被覆層を符号７ａで示し、第２の再配線層８の外周縁部を覆う被覆層を符号７ｂで区別して示す。
この被覆層７は感光性樹脂などの樹脂からなり、接続孔６ａの内部を埋めて保護し、第２の再配線層８の外周縁部を被覆して保護する。以上説明の構造において、立体構造物６の外周部側を覆った被覆層７ｂと接続孔６ａの中心部を覆った被覆層７ａとの間の部分は開口されてパッド部１３とされている。
そして、立体構造物６の上に、パッド部１３と被覆層７ａを覆うように、第２の再配線層８に電気的に接続した半田ボールなどのバンプ９が形成されている。
【００２３】
次に、図１〜図４を元に図５に示す構造の半導体パッケージＡを製造する方法について工程順に説明する。
半導体素子が形成されたＳｉウエハなどの半導体基板２上にスピンコート法などを用いて感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィー技術を用いて半導体素子用の電極１との電気的接続を得るための開口形成など、パッケージングに必要な構造を得て、絶縁層3を形成する。なお、ここで使用する樹脂には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール(ＰＢＯ)、液晶ポリマー等を適宜選択することができる。
半導体基板２の上面全面に、密着層としてのＴｉＷと給電層としてのＣｕからなるシード層をスパッタ法にて成膜する。（なお、各図においてはシード層の記載を略している。）
【００２４】
次に、半導体基板２上にスピンコート法を用いて感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィー技術を用いて、絶縁層３上に第１の再配線層５を形成するためのめっきレジスト１５を形成する。
続いてＣｕの電解めっきを用いて、絶縁層３上に第１の再配線層５を形成する。ここでのめっき厚は、例えば５〜２０μｍである。この例では第１の再配線層５のうち、後でその上に立体構造物６が形成される領域の面積は、立体構造物６の底面積と同等か、それ以上の面積とし、後に形成する立体構造物６の下地が全て第１の再配線層５となるようにする。なお、本実施形態では第１の再配線層５の平面形状は、電極１との接続部分となる基端部５ａを電極より若干面積の大きな正方形状とし（図３（Ｂ）参照）、そこから直線状に延出し、直線状の部分よりも先端側において内径の大きな円形状の一端部５ｂとして形成するが、第１の再配線層５の形状はこの例に限らず、複数に分岐し、折れ曲がった配線状、折れ線状、曲線状など、通常の配線基板等に適用される如何なる配線形状でも差し支えない。また、基端部５ａの平面形状についても、正方形以外に、円形や長方形、多角形状など、任意の形状で差し支えない。
めっきレジスト１５を剥離し、その後、第１の再配線層５をマスクにしてシード層のエッチングを行って図２に示す状態とする。
【００２５】
次に、半導体基板２上にラミネート法にてドライフィルム状の感光性樹脂を成膜する。この感光性樹脂の膜厚は例えば４０〜１２０μｍとする。その後、フォトリソグラフィー技術を用いて感光性樹脂の一部から立体構造物６を形成する。この際、立体構造物６には、その上面から底面に開口して立体構造物６を貫通するように接続孔６ａを併せて形成する。接続孔６ａの形状は、一般的には円筒状であるが、終局的に制約はない。
本実施形態において、接続孔６ａの直径は、接続孔６ａを後に樹脂で封止する構造とするため、（後述する）バンプ９との電気的な接続を得ることができる大きさであれば、特に指定は無い。また、立体構造物６に対する接続孔６ａの形成位置は、全方向からの応力を同等に緩和するといった点から、通常は立体構造物６の中心に形成することが望ましい。
また、接続孔６ａは、後に成膜するシード層が均一に成膜されるように、上拡がり状に傾斜することが望ましい。具体的には図３（Ａ）に示すように、接続孔６ａの内周壁の傾斜角度として、θ＝４５゜〜９０゜であることが望ましい。なお立体構造物６を構成する樹脂には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール(ＰＢＯ)、液晶ポリマー等を使用できる。
【００２６】
先の立体構造物６の形成時、立体構造物６を構成するための感光性樹脂の成膜には、スピンコート法、電着法、印刷法のいずれを用いることもできる。立体構造物６の形成にはレーザー加工法、プラズマエッチング法も適用可能である。また、スクリーン印刷法や射出成型法、あるいはインプリント技術を用いて、成膜とパターニングを同時に行うこともできる。また、予めパターニングされたシート状の樹脂をラミネート法にて圧着させる方法も使用可能である。以上の場合、樹脂は感光性、非感光性のどちらの樹脂でも使用可能である。
【００２７】
次に、半導体基板２の全面に密着層としてのＴｉＷ層と、給電層としてのＣｕ層からなる積層構造のシード層をスパッタ法にて成膜する。
半導体基板２上にラミネート法にてドライフィルム状の感光性樹脂を成膜し、フォトリソグラフィー技術を用いて、第２の再配線層８を形成するためのめっきレジスト１０を図４に示す如く形成する。
次に、Ｃｕの電解めっきを用いて、第２の再配線層８を形成する。めっき厚は例えば１〜２０μｍとするが、第２の再配線層８は変形し易い方が実装信頼性の向上のためには好ましく、よって電気的な接続が得られる範囲において可能な限り薄いほうが望ましい。
【００２８】
次に、めっきレジスト１０を剥離し、その後、第１の再配線層５および第２の再配線層８をマスクにしてシード層のエッチングを行う。
半導体基板２上にスピンコート法にて感光性樹脂を塗布して封止樹脂層７を形成し、フォトリソグラフィー技術を用いて、（後述する）バンプ９を形成するためのＣｕのパッド部１３を開口させる。この封止樹脂層７の形成時に併せて、接続孔６ａの中心側の空隙を埋めるように感光性樹脂をパターニングする。このように空隙を埋める利点としては、接続孔６ａに形成した第２の再配線層８を樹脂で覆って保護することにより、外部の雰囲気の影響を受け難くなるので、実装後の信頼性が向上すること、また、この後工程のバンプ９の形成において、リフロー後のバンプ９の高さおよび形状が制御し易くなることが挙げられる。なお、ここで適用する樹脂には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール(ＰＢＯ)、液晶ポリマー等を使用できる。
次に、ボール搭載法を用いてＣｕのパッド部１３上に半田ボールを搭載し、リフローすることでバンプ９を形成する。
以上の工程により図５に示す構造の半導体パッケージＡを製造することができる。
【００２９】
ところで、上述の各工程において、半導体基板上にスピンコート法により感光性樹脂を形成して硬化させ、必要な膜を形成する方法に代えて、感光性樹脂の成膜にラミネート法、電着法、スプレーコート法のいずれかを用いることが可能であり、これらを複合して適用しても差し支えない。
また、各工程において行うフォトリソグラフィー法において、感光性樹脂のパターニングを行う場合、レーザー加工法、プラズマエッチング法などを適用することも可能である。
前述のラミネート法の場合、予めパターニングされたシート状の樹脂をラミネート法にて圧着させることも可能である。また、樹脂をスクリーン印刷法にて直接、成膜かつパターニングする方法も可能である。なお、これらの場合、樹脂が感光性である必要はない。      
更に、シード層を形成する場合において、密着層としてＴｉＷの他に、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉのいずれを使用することも可能である。また、給電層としてＣｕの他にＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＷ、Ａｕが使用可能である。また成膜方法は、スパッタ法以外に、真空蒸着法、ＣＶＤ法などを適宜用いることが可能である。
【００３０】
次に、Ｃｕの電解めっきの他に、Ｃｕの無電解めっきも使用可能である。また、密着性等の改善のために、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄのうち、少なくとも一つ以上の金属を電解あるいは無電解めっきにて析出させた構造から成る再配線も使用可能である。
【００３１】
図５に示す構造の半導体パッケージＡであるならば、先の製造工程において、立体構造物６を形成する前にめっき処理により第１の再配線層５を形成し、立体構造物６の形成後にめっき処理により第２の再配線層８を形成するので、第１の再配線層５の形成と第２の再配線層８の形成を立体構造物６の形成の前後に区分けして行うことができ、再配線層形成時のめっきレジストの形成を行う場合の凹凸追従性が緩和されるため、両方の再配線層５、８の成膜が容易となる。また、第１の再配線層５を形成する際のめっきレジストのフォトリソグラフィーの場合、立体構造物６によって露光光が散乱することに起因した立体構造物周囲のめっきレジストの形成不良を生じないようにすることができる。従って第１の再配線層５を形成する際、微細な配線であっても支障なく正確に形成することができ、厚さの不均一性や断線などの欠陥を生じていない第１の再配線層５を形成することができる。
【００３２】
次に、絶縁層３の上に形成される第１の再配線層５と立体構造物６の上に形成される第２の再配線層８との電気的接続は、接続孔６ａの底部でなされている。この構造では、立体構造物６の接続孔６ａの底部開口面積とその下に位置する第１の再配線層５の面積をともに数１０〜数１００μｍと大きくすることが容易にできるので、第１の再配線層５と第２の再配線層８との位置合わせ精度は現状のフォトリソグラフィ技術から見て、それ程厳格である必要性はない。即ち、第１の再配線層５と第２の再配線層８との接続を確実に取ることができるので、半導体基板２に形成されている半導体素子と立体構造物６上のバンプ９との電気的な接続を確実に得ることが可能となる。
【００３３】
本実施形態の半導体パッケージＡの構造において立体構造物６に形成する接続孔６ａの形成位置は、立体構造物６に対して中心であることが好ましいが、中心であることは必須ではない。例えば、立体構造物６を樹脂製のポストと仮定した場合、接続孔６ａの位置が樹脂ポストの中心であれば、樹脂ポストはあらゆる方向の応力に対して同等の応力緩和能力を有することとなり、また、接続孔６ａを樹脂ポストの中心からずらすならば、ある特定方向の応力に対して優れた応力緩和能力を有する樹脂ポストの提供が可能となる。このように、立体構造物６の使用目的に応じて接続孔６ａの位置を調整することで、半導体パッケージＡの性能を向上させることが可能となる。
【００３４】
これに対して従来の構造では、再配線層を立体構造物の側面にも形成しているために、再配線層の上に封止の目的で樹脂層を成膜する場合、角部の再配線層の上の樹脂は熱や表面張力で膜厚が薄くなり、最悪の場合には全く成膜されずに再配線層が露出するという問題が発生する。これに対し本実施形態の構造では、立体構造物６の側壁上部側の角部に再配線層を形成していないので、樹脂製の被覆層７の形成を容易とすることができる。
【００３５】
前述の半田ボールからなるバンプ９の形成に特に制約は無いが、一般的には、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の鉛フリーはんだや、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだを用いることができる。その他にも、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｚｎのいずれかを少なくとも一つ含む材料を用いることができる。
またバンプの形成工法は、ボール搭載法の代わりに、はんだペーストを用いた印刷法やめっき法を用いることも可能である。
【００３６】
以上説明した半導体パッケージＡの構造を採用することにより、例えば、直径５００μｍ、高さ１５０μｍの樹脂ポストの立体構造物であって、８００μｍピッチで格子状に複数配列された再配線層であって、なおかつ、隣接する２つの樹脂ポストの立体構造物の間に、幅５０μｍの再配線層が最大５本程度形成されているウエハレベルＣＳＰを作成することが可能となる。また、上述の構造の半導体パッケージＡであるならば、寿命も伸びる特徴を有する。
【００３７】
図６は、ウエハレベル・チップ・サイズ／スケール・パッケージ（ＷＬＣＳＰ）の半田バンプ部分に本発明を適用した第２の実施形態を示すもので、この実施形態の半導体パッケージＡ２は、立体構造物６の底面よりも第１の再配線層５の円形状の一端部５ｃの面積を小さく形成した例である。この構造では立体構造物６の底面が第１の再配線層５の一端部５ｃから外方に延出されてその周囲に存在する絶縁層３の上に形成されている。即ち、立体構造物６が第１の再配線層５とその周囲の絶縁層３の上に、跨るように形成されている。
図７は、ウエハレベル・チップ・サイズ／スケール・パッケージ（ＷＬＣＳＰ）のバンプ９の部分に本発明を適用した第３の実施形態を示すもので、この実施形態の半導体パッケージＡ３は、第１の再配線層５の一端部５ｄを特に大きく形成することなく第１の再配線層５の中央部分と同じ線幅の短冊状に形成したものである。
以上の構造においても先の第１の実施形態の半導体パッケージＡと同等の作用効果を得ることができる。
また、これらの図６、図７に示す構造では、立体構造物６の下地の大部分が絶縁層３となるので、絶縁層３と立体構造物６を互いの密着性が良好な材料の組み合わせとすることにより、両者の密着度が増すので、立体構造物６の取り付け強度が向上し、もって半導体パッケージＡ２、Ａ３の信頼性が向上する効果がある。更に、立体構造物６の底面の外周に再配線層５が無くなった分だけ更に他の再配線層５を配置できるので、配線パターンの引き回しの自由度が向上し、第１の再配線層５の微細化にも寄与する。
【００３８】
ところで、先の半導体パッケージにおいて、立体構造物６に形成する接続孔６ａの形状は、円筒以外にも、上から見た形状が多角形、楕円形など、他の形状も可能である。例えば、基板実装後、接続孔６ａにかかる応力は、チップの中心部（半導体基板２の中心部）に向かって生じる可能性が高いので、接続孔６ａが半導体基板２の中心に向かって変形しやすいように、接続孔の形状を楕円形状に形成し、応力緩和能力をより向上させることも可能である。この際、接続孔の楕円の短軸を、半導体基板２の中心部に伸びるように配置すれば、より効果的である。この作用効果を奏するための実施形態の構造の模式図を図８に示す。
図８に示す第４の実施形態の構造においては、正方形状の半導体基板２０の中心２１を取り囲むように複数の立体構造物１６を配置した場合、これら各立体構造物１６の接続孔１６ｅがそれらの短軸を中心２１に向けて配置されている。
図８においては複数の立体構造物１６が形成されているが、それらの周囲に形成されている各再配線層については略し、立体構造物１６と接続孔１６ｅの位置関係のみを示している。
【００３９】
図９は、ウエハレベル・チップ・サイズ／スケール・パッケージ（ＷＬＣＳＰ）のバンプ９の部分に本発明を適用した第５の実施形態を示すもので、この実施形態の半導体パッケージＡ５は、立体構造物６の接続孔６ａを第２の再配線層１８で完全に埋めるまでめっきを行うことで、図５に示す被覆層７ａの代わりに、第２の再配線層１８の一部分で封止した構造である。
その他の構造は先の第１の実施形態と同等であり、本実施形態の構造においても先の実施形態と基本的に同様の作用効果を得ることができる。
【００４０】
図９に示す構造の利点として、後のバンプ９の形成において、Ｃｕのパッド部となる第２の再配線層１８の上面の面積を大きくできるので、バンプ９との接合強度をより大きくすることができる。また、接続孔６ａが埋まっているので、バンプ９の高さや形状が制御し易くなること、また、半導体パッケージに生じた熱を第２の再配線層１８とバンプ９を通じて拡散し易くすることができるので、半導体パッケージＡ５としての放熱性が向上することなどが挙げられる。
なお、この構造の場合、接続孔６ａの直径が大き過ぎると、接続孔６ａを再配線層１８で封止したときの接続孔６ａ内に形成した第２の再配線層１８が太くなり過ぎて容易に変形できなくなり、その結果、応力緩和能力が十分に得られなくなる可能性があるため、接続孔６ａの直径は例えば１００μｍ以下が好ましい。
【００４１】
半導体パッケージにおいて、被覆層７が立体構造物６上を封止していない構造も採用可能である。この場合の半田ボールによるバンプ９形成後の構造の一例を図１０に示す。
図１０に示す第６の実施形態の構造において半田ボールからなるバンプ９の形成に特に制約は無い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は本発明に係る半導体装置の製造方法の一例について工程順に説明するためのもので、電極を備えた半導体基板上に絶縁層とめっきレジストを形成した状態を示す断面図。
【図２】図２は同製造方法の一例について工程順に説明するためのもので、半導体基板上に第１の再配線層を形成した状態を示す断面図。
【図３】図３は同製造方法の一例について工程順に説明するためのもので、図３（Ａ）は第１の再配線層の上に立体構造物を形成した状態を示す断面図、図３（Ｂ）は同状態の平面図。
【図４】図４は、同製造方法の一例について工程順に説明するためのもので、半導体基板上にめっきレジストを形成した状態を示す断面図。
【図５】図５は、本発明に係る半導体装置の第１の実施形態の構造を示す断面図。
【図６】図６は本発明に係る半導体装置の第２の実施形態を示す平面図。
【図７】図７は本発明に係る半導体装置の第３の実施形態を示す平面図。
【図８】図８は本発明に係る半導体装置の第４の実施形態を示す平面図。
【図９】図９は本発明に係る半導体装置の第５の実施形態を示す平面図。
【図１０】図１０は本発明に係る半導体装置の第６の実施形態を示す平面図。
【符号の説明】
【００４３】
Ａ、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６…半導体装置（半導体パッケージ）、１…電極、２、２０…半導体基板、３…絶縁層、５…第１の再配線層、５ａ…基端部、５ｂ…一端部、６、１６…立体構造物、６ａ…接続孔、７、７ａ、７ｂ…被覆層、８、１８…第２の再配線層、９…バンプ、１３…パッド部、１６ｅ…接続孔、θ…傾斜角度、
【図１】
2010092930.tif 000003
【図２】
2010092930.tif 000004
【図３】
2010092930.tif 000005
【図４】
2010092930.tif 000006
【図５】
2010092930.tif 000007
【図６】
2010092930.tif 000008
【図７】
2010092930.tif 000009
【図８】
2010092930.tif 000010
【図９】
2010092930.tif 000011
【図１０】
2010092930.tif 000012