(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子のパッドが設けられた面の反対面に配置されるとともに、前記半導体素子の面積よりも大きく構成された支持基板と、
前記支持基板上にて前記半導体素子を埋め込む埋め込み絶縁層と、
前記パッドから、前記埋め込み絶縁層に形成された下穴を通じて前記埋め込み絶縁層上の、前記半導体素子より外周側の領域まで引き出されたファンアウト配線と、
前記半導体素子の周辺部の真上から、前記半導体素子の厚さの２倍以下の長さの領域に配置されるとともに、前記埋め込み絶縁層及び前記ファンアウト配線の機械的強度を補強する補強部と、
を備え、
前記補強部は、前記ファンアウト配線の幅を補強した配線幅補強部であり、
前記配線幅補強部の配線幅は、前記ファンアウト配線の配線幅よりも広いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記配線幅補強部は、前記ファンアウト配線と同一材料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３】
半導体素子と、
前記半導体素子のパッドが設けられた面の反対面に配置されるとともに、前記半導体素子の面積よりも大きく構成された支持基板と、
前記支持基板上にて前記半導体素子を埋め込む埋め込み絶縁層と、
前記パッドから、前記埋め込み絶縁層に形成された下穴を通じて前記埋め込み絶縁層上の、前記半導体素子より外周側の領域まで引き出されたファンアウト配線と、
前記半導体素子の周辺部の真上から、前記半導体素子の厚さの２倍以下の長さの領域に配置されるとともに、前記埋め込み絶縁層及び前記ファンアウト配線の機械的強度を補強する補強部と、
を備え、
前記補強部は、前記ファンアウト配線の幅を補強した配線幅補強部であり、
前記配線幅補強部の弾性率は、前記ファンアウト配線の弾性率よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願についての記載）
本願は、先の日本特許出願２００７−２７３９２９号（２００７年１０月２２日出願）の優先権を主張するものであり、前記先の出願の全記載内容は、本書に引用をもって繰込み記載されているものとみなされる。
本発明は、半導体素子を内蔵した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の継続的な軽薄短小化に伴い、半導体素子そのものの微細化や集積化と共に、半導体パッケージにおける高密度実装技術がますます進展している。従来、半導体素子のパッケージングにおいて、パッケージの配線基板と半導体素子の接続方法は、金線等を用いるワイヤーボンディング接続や、半田ボール等を用いるフリップチップ接続が用いられている。【０００３】
ワイヤーボンディング接続は、半導体素子のパッド数が少ない場合は低コストでパッケージングできるメリットがあるものの、半導体素子のパッドの狭ピッチ化に伴ってワイヤー径を小さくする必要があり、ワイヤー切れ等組立プロセスにおける歩留まり低下が課題であった。【０００４】
フリップチップ接続は、ワイヤーボンディング接続に比べて半導体素子と配線基板間の高速信号伝送が可能であるが、半導体素子のパッド数の増加や狭ピッチ化に伴い、半田バンプの接続強度が弱くなることから、接続箇所のクラック発生等の不良が多発していた。【０００５】
そこで、近年、半導体装置のさらなる高集積化及び高機能化を実現し、パッケージの薄型化、低コスト化、高周波対応、めっき接続による低ストレス接続、エレクトロマイグレーション特性改善等の多くのメリットを有する高密度実装技術として、支持基板を含む配線基板に半導体素子を内蔵したパッケージ、いわゆる半導体素子内蔵技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。【０００６】
例えば、特許文献１では、電子部品埋込み基板は樹脂フィルムと金属箔との積層基板であって、樹脂フィルムに部品埋込み凹部を設け、凹部に電子部品を埋込み固着して加熱圧着形成（プレス）、加熱ロールでラミネート形成し、導体配線を形成する技術が開示されている。【０００７】
また、特許文献２では、半導体チップなどの電子部品が埋め込まれた絶縁樹脂基板中に電子回路を内蔵し、電子回路に接続するようにバンプが形成され、バンプが第１配線に接続された構造が開示されている。【０００８】
さらに、特許文献３では、熱によって生じる反りを抑制する半導体素子収納用パッケージにおいて、半導体素子が載置される基体と、外周部にエポキシ樹脂等よりなる枠体と、枠体の内面に複数のリード端子が形成され、リード端子は、枠体の外側に向かって漸次幅が広く拡幅部が形成された構造が開示されている。【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１４１６３６号公報
【特許文献２】特開２００７−１３４５６９号公報
【特許文献３】特開２００４−２００２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の特許文献１〜３の各開示を本書に引用をもって繰り込むものとする。以下に本発明による関連技術の分析を与える。【００１１】
しかしながら、上述の半導体素子内蔵技術に関する特許文献１〜３では、実際の量産時において、面積の大きな支持基板（例えば、５１０ｍｍ×６１０ｍｍ）を使用した場合の、半導体素子を内蔵する課題とその解決策について何ら記載がない。【００１２】
ここで、本願発明者らは鋭意研究の結果、面積の大きな支持基板上に、シリコン半導体素子をそのパッドが設けられている面を支持基板とは反対側に向けて支持基板上に搭載し、埋め込み絶縁層によって内蔵した場合、埋め込み絶縁層の硬化時に、硬化温度から室温まで降温する際、支持基板、半導体素子、埋め込み絶縁層の熱膨張係数差によって、支持基板全体が下に凸の反り形状となり、半導体素子搭載領域のみ逆に上に凸という反り形状が局所的に発生することを見い出した。【００１３】
支持基板を個片化して半導体装置とした場合、支持基板全体の反りと半導体素子の局所的な反りの方向が逆であるため、半導体素子の外周部に内部応力が集中し、温度サイクル試験などの信頼性評価試験において規定サイクル数以下で外周部周辺に絶縁層のクラックが発生し、パッケージ配線のオープン不良が発生することを見いだした。【００１４】
本発明の第１の課題は、面積の大きな支持基板を用いた半導体素子内蔵構造において新たに見いだされた反り形状に関する問題を解決し、最終的な半導体装置における内部応力の集中に起因する信頼性不良を無くし、より高密度、薄型、低コストな半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の視点においては、半導体装置において、半導体素子と、前記半導体素子のパッドが設けられた面の反対面に配置されるとともに、前記半導体素子の面積よりも大きく構成された支持基板と、前記支持基板上にて前記半導体素子を埋め込む埋め込み絶縁層と、前記パッドから、前記埋め込み絶縁層に形成された下穴を通じて前記埋め込み絶縁層上の、前記半導体素子より外周側の領域まで引き出されたファンアウト配線と、前記半導体素子の周辺部の真上から、前記半導体素子の厚さの２倍以下の長さの領域に配置されるとともに、前記埋め込み絶縁層及び前記ファンアウト配線の機械的強度を補強する補強部と、を備え、前記補強部は、前記ファンアウト配線の幅を補強した配線幅補強部であり、前記配線幅補強部の配線幅は、前記ファンアウト配線の配線幅よりも広いことを特徴とする。
本発明の第２の視点においては、半導体装置において、半導体素子と、前記半導体素子のパッドが設けられた面の反対面に配置されるとともに、前記半導体素子の面積よりも大きく構成された支持基板と、前記支持基板上にて前記半導体素子を埋め込む埋め込み絶縁層と、前記パッドから、前記埋め込み絶縁層に形成された下穴を通じて前記埋め込み絶縁層上の、前記半導体素子より外周側の領域まで引き出されたファンアウト配線と、前記半導体素子の周辺部の真上から、前記半導体素子の厚さの２倍以下の長さの領域に配置されるとともに、前記埋め込み絶縁層及び前記ファンアウト配線の機械的強度を補強する補強部と、を備え、前記補強部は、前記ファンアウト配線の幅を補強した配線幅補強部であり、前記配線幅補強部の弾性率は、前記ファンアウト配線の弾性率よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の半導体装置によれば、狭ピッチでパッド数の多い半導体素子を内蔵した高信頼性の半導体装置を実現できる。特に、温度サイクル試験特性を改善することができる。また、半導体素子のパッドから直接配線を引き出しているため、半導体装置の小型化・薄型化を実現できるとともに、エレクトロマイグレーション特性を改善することができる。さらに、半導体素子を搭載する支持基板が大きいため、生産効率が高く半導体装置の低コスト化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係る半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図３】本発明の実施例３に係る半導体装置の構成を模式的に示した平面図である。
【図４】本発明の実施例４に係る半導体装置の構成を模式的に示した（ａ）平面図、（ｂ）領域Ｄの拡大平面図である。
【図５】本発明の実施例５に係る半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図６】本発明の実施例５に係る半導体装置の応用例の構成を模式的に示した断面図である。
【図７】本発明の実施例６に係る半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図８】本発明の実施例６に係る半導体装置の応用例の構成を模式的に示した断面図である。
【図９】従来例に係る半導体装置の埋め込み絶縁層の硬化温度付近の状態を模式的に示した断面図である。
【図１０】従来例に係る半導体装置の室温付近の状態を模式的に示した断面図である。
【図１１】従来例に係る半導体装置における図１０の領域Ａを示した拡大断面図である。
【図１２】従来例に係る半導体装置にファンアウト配線を形成した状態の断面図である。
【図１３】従来例に係る半導体装置における埋め込み絶縁層にクラックが発生した状態の断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  半導体装置
１１、１１１  支持基板
１２、１１２  半導体素子
１２ａ  パッド
１３、１１３  埋め込み絶縁層
１４、１１４  ファンアウト配線
１５  配線厚み補強部
１６  絶縁層厚み補強部
１７  補強ビア配線
１８  配線幅補強部
１９  カバー膜（絶縁層）
２０  外部端子
２１  第２配線層
２２  第２絶縁層
２３  第３配線層
１３０  絶縁層クラック
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施形態１では、半導体素子（図４の１２）と、前記半導体素子（図４の１２）のパッドが設けられた面の反対面に配置されるとともに、前記半導体素子（図４の１２）の面積よりも大きく構成された支持基板（図４の１１）と、前記支持基板（図４の１１）上にて前記半導体素子（図４の１２）を埋め込む埋め込み絶縁層（図４の１３）と、前記パッドから、前記埋め込み絶縁層（図４の１３）に形成された下穴を通じて前記埋め込み絶縁層（図４の１３）上の、前記半導体素子（図４の１２）より外周側の領域まで引き出されたファンアウト配線（図４の１４）と、前記半導体素子（図４の１２）の周辺部の真上から、前記半導体素子（図４の１２）の厚さの２倍以下の長さの領域に配置されるとともに、前記埋め込み絶縁層（図４の１３）及び前記ファンアウト配線（図４の１４）の機械的強度を補強する補強部と、を備え、前記補強部は、前記ファンアウト配線（図４の１４）の幅を補強した配線幅補強部（図４の１８）であり、前記配線幅補強部（図４の１８）の配線幅は、前記ファンアウト配線（図４の１４）の配線幅よりも広い（形態１）。
本発明の実施形態２では、半導体素子（図３の１２）と、前記半導体素子（図４の１２）のパッドが設けられた面の反対面に配置されるとともに、前記半導体素子（図４の１２）の面積よりも大きく構成された支持基板（図４の１１）と、前記支持基板（図４の１１）上にて前記半導体素子（図４の１２）を埋め込む埋め込み絶縁層（図４の１３）と、前記パッドから、前記埋め込み絶縁層（図４の１３）に形成された下穴を通じて前記埋め込み絶縁層（図４の１３）上の、前記半導体素子（図４の１２）より外周側の領域まで引き出されたファンアウト配線（図４の１４）と、前記半導体素子（図４の１２）の外周部の周辺部の真上から、前記半導体素子（図４の１２）の厚さの２倍以下の長さの領域に配置されるとともに、前記埋め込み絶縁層（図４の１３）及び前記ファンアウト配線（図４の１４）の機械的強度を補強する補強部と、を備え、前記補強部は、前記ファンアウト配線（図４の１４）の幅を補強した配線幅補強部（図４の１８）であり、前記配線幅補強部の弾性率は、前記ファンアウト配線の弾性率よりも大きい（形態２）。
【００２１】
さらに、以下の形態も可能である。【００３１】
前記配線幅補強部は、前記ファンアウト配線と同一材料であることが好ましい（形態１−１０）。
【実施例１】
【００４３】
本発明の実施例１に係る半導体装置について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１に係る半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。【００４４】
実施例１に係る半導体装置１は、配線基板（支持基板１１、埋め込み絶縁層１３、ファンアウト配線１４）に半導体素子１２を内蔵したパッケージである。半導体装置１は、半導体素子１２の外周部の上方の所定の領域に、半導体素子１２の外周部上の埋め込み絶縁層１３のクラックの発生を防止するための配線厚み補強部１５を有する。【００４５】
半導体素子１２は、半導体チップ（例えば、シリコン半導体素子等）であり、片側の面に複数のパッド（図示せず）が配設されている。半導体素子１２は、支持基板１１上の所定の領域にて、パッド側の面を支持基板１１とは反対側に向けて支持基板１１上に搭載されている。半導体素子１２は、支持基板１１上にて埋め込み絶縁層１３によって被覆されるように埋め込まれている。半導体素子１２のパッド（図示せず）は、埋め込み絶縁層１３に形成された下穴を通じてファンアウト配線１４と電気的に接続されている。半導体素子１２は、その厚さを半導体装置の厚さに応じて調整することができる。実施例１では、半導体素子１２の厚みは５０μｍ、チップサイズは１０ｍｍ角とした。内蔵される半導体素子１２の数は、複数でも構わない。【００４６】
支持基板１１は、半導体素子１２を支持する基板である。支持基板１１は、半導体素子１２のパッド側の面の反対面に配置されている。支持基板１１は、半導体素子１２の面積よりも大きく構成されている。支持基板１１は、半導体装置の放熱性と製造コストを含めた生産性の観点から、金属であることが好ましく、特に、銅であることが好ましい。実施例１では、支持基板１１は、大きさが５１０ｍｍ×６１０ｍｍで厚さ２５０ｕｍの銅合金を用いた。【００４７】
埋め込み絶縁層１３は、支持基板１１上にて半導体素子１２を埋め込む絶縁層である。埋め込み絶縁層１３は、半導体素子１２のパッド（図示せず）と対応する位置に、ファンアウト配線１４と半導体素子１２のパッド（図示せず）を電気的に接続するための下穴を有する。埋め込み絶縁層１３上には、半導体素子１２のパッド（図示せず）と電気的に接続されたファンアウト配線１４が形成されている。埋め込み絶縁層１３は、例えば、感光性又は非感光性の有機材料で形成することができ、有機材料として、例えば、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＣＢ（benzocyclobutene）、ＰＢＯ（polybenzoxazole）、ポリノルボルネン樹脂等や、ガラスクロスやアラミド繊維などで形成された織布や不織布にエポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＣＢ（benzocyclobutene）、ＰＢＯ（polybenzoxazole）、ポリノルボルネン樹脂等を含浸させた材料を用いることができる。実施例１では、埋め込み絶縁層１３にはエポキシ樹脂を用いた。【００４８】
ファンアウト配線１４は、半導体素子１２のパッドから、埋め込み絶縁層１３上であって半導体素子１２より外周側の領域まで引き出された配線である。ファンアウト配線１４は、埋め込み絶縁層１３に形成された下穴を通じて半導体素子１２のパッドと電気的に接続されている。ファンアウト配線１４には、例えば、銅、銀、金、ニッケル、アルミニウム、チタン、モリブデン、タングステン、およびパラジウムからなる群から選択された少なくとも１種の金属もしくはこれらを主成分とする合金を用いることができる。特に、電気抵抗値及びコストの観点から、ファンアウト配線１４は銅により形成されることが望ましい。実施例１では、ファンアウト配線１４には銅を用いた。なお、ファンアウト配線１４は、半導体素子１２のパッド（図示せず）から埋め込み絶縁層１３の上方に引き出されているが、ファンアウト配線１４と半導体素子１２のパッドの接続は、コンフォーマルビアでもフィルドビアでも構わない。実施例１では、銅のフィルドビアを用いた。【００４９】
配線厚み補強部１５は、ファンアウト配線１４の厚みを補強することで埋め込み絶縁層１３及びファンアウト配線１４の機械的強度を補強する補強部であり、半導体素子１２の外周部上の埋め込み絶縁層１３及びファンアウト配線１４のクラックの発生を防止するためのものである。配線厚み補強部１５は、ファンアウト配線１４上であって半導体素子１２の外周部の鉛直上方の所定の領域に配置されている。配線厚み補強部１５は、ファンアウト配線１４と合わせて配線を形作る導電材料でできており、例えば、銅、銀、金、ニッケル、アルミニウム、チタン、モリブデン、タングステン、およびパラジウムからなる群から選択された少なくとも１種の金属もしくはこれらを主成分とする合金を用いることができる。特に、電気抵抗値及びコストの観点から銅により形成することが望ましい。一方、より大きな補強効果を得るためには、配線厚み補強部１５には、銅の弾性率よりも高い弾性率を有する金属（例えば、モリブデンなど）を用いても良い。実施例１では、配線厚み補強部１５には銅を用いた。配線厚み補強部１５の膜厚は、装置の薄型化の観点から、ファンアウト配線１４の膜厚よりも小さいことが好ましい。【００５０】
次に、本発明の実施例１に係る半導体装置の信頼性について、従来例と比較しながら説明する。図９〜図１３は、従来例に係る半導体装置について説明した断面図である。【００５１】
５１０×６１０ｍｍの大型の支持基板１１１上に、薄化したシリコン半導体素子１１２をフェイスアップで搭載し、その後、埋め込み絶縁層１１３によって封止する。この際、埋め込み絶縁層１１３の硬化プロセスにおける硬化温度付近（最高温度付近）での断面図を図９に示す。硬化付近ではほぼフラットな断面形状となっている。しかしながら、温度を下げて室温に戻す際、支持基板１１１と埋め込み絶縁層１１３の熱膨張係数差（例えば、支持基板１１１が銅であり、埋め込み絶縁層１１３がエポキシ樹脂の場合、熱膨張係数はそれぞれ、約１７ｐｐｍ／Ｋ、約６０ｐｐｍ／Ｋ）によって、埋め込み絶縁層１１３が横方向に縮むために支持基板１１１全体としては、「下に凸」の反り形状を呈する。一方、内蔵された半導体素子１１２の熱膨張係数はＳｉの場合、約３．５ｐｐｍ／Ｋとなり、局所的には、図１０に示すように、最も熱膨張係数の小さな半導体素子１２の部分のみ下に凹（上に凸）の形状を呈する。【００５２】
図１０の領域Ａの拡大図が図１１である。Ｂ部分は半導体素子１１２外周部の鉛直上方の部位である。半導体素子１１２外周部の鉛直上方付近には埋め込み絶縁層１１３の反り形状が上に凸から下に凸に変化している変曲点がある。図１２はファンアウト配線１１４を形成した半導体装置の断面図である。従来例では、実施例１（図１参照）と比較して、埋め込み絶縁層１１３上のファンアウト配線１１４の膜厚はほぼ均一であり、図１の配線厚み補強部１５のような補強部を設けていない。【００５３】
図１２に示す従来例に係る半導体装置を、温度サイクル試験（例えば、−５５℃、１０分  →  ＋１２５℃、１０分）に投入すると、図１３に示すように、図１１のＢ部付近にて埋め込み絶縁層１１３にクラックが発生し、半導体装置としてファンアウト配線１１４のオープン不良が発生する。【００５４】
一方、実施例１に係る半導体装置を信頼性試験に投入し、比較評価を行ったが、２０００サイクルまで不良は発生しなかった。これは、埋め込み絶縁層１３上でありチップ外周部鉛直上方（Ｂ部）において、配線厚み補強部１５によって配線の実質的な厚みが増し、機械的強度が高くなったためと考えられる。【００５５】
実施例１によれば、狭ピッチでパッド数の多い半導体素子を内蔵した高信頼性の半導体装置を実現できる。特に、温度サイクル試験特性を改善することができる。また、半導体素子のパッドから直接配線を引き出しているため、半導体装置の小型化・薄型化を実現できるとともに、エレクトロマイグレーション特性を改善することができる。更に、半導体素子を搭載する支持基板が大きいため、生産効率が高く半導体装置の低コスト化を実現できる。
【実施例２】
【００５６】
本発明の実施例２に係る半導体装置について図面を用いて説明する。図２は、本発明の実施例２に係る半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。【００５７】
実施例２に係る半導体装置では、実施例１の配線厚み補強部（図１の１５）の代わりに、半導体素子１２の外周部の上方の所定の領域に、半導体素子１２の外周部上の埋め込み絶縁層１３のクラックの発生を防止するための絶縁層厚み補強部１６が形成されている。絶縁層厚み補強部１６は、埋め込み絶縁層１３とファンアウト配線１４の間に配置されている。その他の構成は実施例１と同様である。【００５８】
絶縁層厚み補強部１６は、半導体素子１２の外周部の鉛直上方に設けられており、実施例２では埋め込み絶縁層１３と合わせて絶縁層を形作る絶縁材料でできている。絶縁層厚み補強部１６は、半導体素子１２のパッド（図示せず）と対応する位置に、ファンアウト配線１４と半導体素子１２のパッド（図示せず）を電気的に接続するための下穴を有する。絶縁層厚み補強部１６は、例えば、感光性又は非感光性の有機材料で形成されており、有機材料として、例えば、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＣＢ（benzocyclobutene）、ＰＢＯ（polybenzoxazole）、ポリノルボルネン樹脂等や、ガラスクロスやアラミド繊維などで形成された織布や不織布にエポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＣＢ（benzocyclobutene）、ＰＢＯ（polybenzoxazole）、ポリノルボルネン樹脂等を含浸させた材料を用いることができる。特に、コストの観点から、絶縁層厚み補強部１６は埋め込み絶縁層１３と同じ材料であることが好ましい。一方、より大きな補強効果を得るために、絶縁層厚み補強部１６には、埋め込み絶縁層１３の弾性率よりも高い弾性率を有する材料、例えば、ガラスクロスで補強されたエポキシ樹脂などの補強樹脂を用いても良い。実施例２では、エポキシ樹脂を用いた。絶縁層厚み補強部１６の膜厚は、装置の薄型化の観点から、ファンアウト配線１４の膜厚よりも小さいことが好ましい。【００５９】
次に、本発明の実施例２に係る半導体装置の信頼性について説明する。実施例２に係る半導体装置を実施例１に係る半導体装置と同様に、信頼性試験に投入し、従来技術との比較評価を行ったが、２０００サイクルまで不良は発生せず、高い信頼性を有していることが分かった。これは絶縁層厚み補強部１６によって埋め込み絶縁層１３の実質的な厚みが増し、機械的強度が高くなったためと考えられる。【００６０】
実施例２によれば、実施例１と同様な効果を奏する。
【実施例３】
【００６１】
本発明の実施例３に係る半導体装置について図面を用いて説明する。図３は、本発明の実施例３に係る半導体装置の構成を模式的に示した平面図である。【００６２】
実施例３に係る半導体装置は、配線基板（支持基板１１、埋め込み絶縁層１３、ファンアウト配線１４）に半導体素子１２を内蔵したパッケージである。半導体装置１は、半導体素子１２の外周部上の埋め込み絶縁層１３のクラックの発生を防止するため、半導体素子１２の少なくとも１以上の端部（角部）に接続されるとともに、ファンアウト配線１４と接続されない補強ビア配線１７を有する。【００６３】
半導体素子１２は、半導体チップ（例えば、シリコン半導体素子等）であり、片側の面に複数のパッド（図示せず）が配設されている。半導体素子１２は、支持基板１１上の所定の領域にて、パッド側の面を支持基板１１とは反対側に向けて支持基板１１上に搭載されている。半導体素子１２は、支持基板１１上にて埋め込み絶縁層１３によって被覆されるように埋め込まれている。半導体素子１２のパッド（図示せず）は、埋め込み絶縁層１３に形成された下穴を通じてファンアウト配線１４と電気的に接続されている。半導体素子１２は、その厚さを半導体装置の厚さに応じて調整することができる。実施例３では、半導体素子１２の厚みは５０μｍ、チップサイズは１０ｍｍ角とした。内蔵される半導体素子１２の数は、複数でも構わない。【００６４】
支持基板１１は、半導体素子１２を支持する基板である。支持基板１１は、半導体素子１２のパッド側の面の反対面に配置されている。支持基板１１は、半導体素子１２の面積よりも大きく構成されている。支持基板１１は、半導体装置の放熱性と製造コストを含めた生産性の観点から、金属であることが好ましく、特に、銅であることが好ましい。実施例３では、支持基板１１は、大きさが５１０ｍｍ×６１０ｍｍで厚さ２５０ｕｍの銅合金を用いた。【００６５】
埋め込み絶縁層１３は、支持基板１１上にて半導体素子１２を埋め込む絶縁層である。埋め込み絶縁層１３は、半導体素子１２のパッド（図示せず）と対応する位置に、ファンアウト配線１４と半導体素子１２のパッド（図示せず）を電気的に接続するための下穴を有する。埋め込み絶縁層１３上には、半導体素子１２のパッド（図示せず）と電気的に接続されたファンアウト配線１４が形成されている。埋め込み絶縁層１３は、例えば、感光性又は非感光性の有機材料で形成することができ、有機材料として、例えば、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＣＢ（benzocyclobutene）、ＰＢＯ（polybenzoxazole）、ポリノルボルネン樹脂等や、ガラスクロスやアラミド繊維などで形成された織布や不織布にエポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＣＢ（benzocyclobutene）、ＰＢＯ（polybenzoxazole）、ポリノルボルネン樹脂等を含浸させた材料を用いることができる。実施例３では、埋め込み絶縁層１３にはエポキシ樹脂を用いた。【００６６】
ファンアウト配線１４は、半導体素子１２のパッドから、埋め込み絶縁層１３上であって半導体素子１２より外周側の領域まで引き出された配線である。ファンアウト配線１４は、埋め込み絶縁層１３に形成された下穴を通じて半導体素子１２のパッドと電気的に接続されている。ファンアウト配線１４には、例えば、銅、銀、金、ニッケル、アルミニウム、チタン、モリブデン、タングステン、およびパラジウムからなる群から選択された少なくとも１種の金属もしくはこれらを主成分とする合金を用いることができる。特に、電気抵抗値及びコストの観点から、ファンアウト配線１４は銅により形成されることが望ましい。実施例３では、ファンアウト配線１４には銅を用いた。なお、ファンアウト配線１４は、半導体素子１２のパッド（図示せず）から埋め込み絶縁層１３の上方に引き出されているが、ファンアウト配線１４と半導体素子１２のパッドの接続は、コンフォーマルビアでもフィルドビアでも構わない。実施例３では、銅のフィルドビアを用いた。【００６７】
補強ビア配線１７は、半導体素子１２の少なくとも１以上の端部（角部）に接続されるとともに、ファンアウト配線１４と接続されないビア配線である。補強ビア配線１７は、埋め込み絶縁層１３に形成された下穴に埋め込まれ、半導体素子１２の角部に接続されている。補強ビア配線１７には、例えば、銅、銀、金、ニッケル、アルミニウム、チタン、モリブデン、タングステン、およびパラジウムからなる群から選択された少なくとも１種の金属もしくはこれらを主成分とする合金を用いる。特に、コストの観点から銅により形成することが望ましい。実施例３では、銅を用いた。なお、補強ビア配線１７は、半導体素子１２の４つの端部（角部）の全てに配設する必要はなく、３つ以下でも構わない。【００６８】
次に、本発明の実施例３に係る半導体装置の信頼性について説明する。実施例３に係る半導体装置を実施例１に係る半導体装置と同様に、信頼性試験に投入し、従来技術との比較評価を行ったが、２０００サイクルまで不良は発生せず、高い信頼性を有していることが分かった。これは、補強ビア配線１７によって、温度サイクル試験時に発生する応力が緩和され、特に半導体素子１２の端部が基点となる絶縁層のクラックの発生を抑制することができたためと考えられる。【００６９】
実施例３によれば、実施例１と同様な効果を奏する。
【実施例４】
【００７０】
本発明の実施例４に係る半導体装置について図面を用いて説明する。図４は、本発明の実施例４に係る半導体装置の構成を模式的に示した（ａ）平面図、（ｂ）領域Ｄの拡大平面図である。【００７１】
実施例４に係る半導体装置では、実施例１の配線厚み補強部（図１の１５）の代わりに、半導体素子１２の外周部の上方の所定の領域に、半導体素子１２の外周部上の埋め込み絶縁層１３のクラックの発生を防止するための配線幅補強部１８が設けられている。その他の構成は実施例１と同様である。【００７２】
配線幅補強部１８は、ファンアウト配線１４の幅を補強した補強部であり、Ｂ部を横切る領域で広くなっている。配線幅補強部１８には、例えば、銅、銀、金、ニッケル、アルミニウム、チタン、モリブデン、タングステン、およびパラジウムからなる群から選択された少なくとも１種の金属もしくはこれらを主成分とする合金を用いる。特に、コストの観点から、配線幅補強部１８は、銅により形成することが望ましい。一方、より大きな補強効果を得るために、配線幅補強部１８には、銅の弾性率よりも高い弾性率を有する金属、例えば、モリブデンなどの金属を用いても良い。実施例４では、銅を用いた。【００７３】
次に、本発明の実施例４に係る半導体装置の信頼性について説明する。実施例４に係る半導体装置を実施例１に係る半導体装置と同様に、信頼性試験に投入し、従来技術との比較評価を行ったが、２０００サイクルまで不良は発生せず、高い信頼性を有していることが分かった。これは、配線幅補強部１８によって、温度サイクル試験時に発生する応力が緩和され、特に半導体素子１２の周辺部が基点となる絶縁層のクラックを抑制することができたためと考えられる。
【実施例５】
【００７４】
本発明の実施例５に係る半導体装置について図面を用いて説明する。図５は、本発明の実施例５に係る半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。図６は、本発明の実施例５に係る半導体装置の応用例の構成を模式的に示した断面図である。【００７５】
実施例５に係る半導体装置１は、実施例１（図１参照）に係る半導体装置の埋め込み絶縁層１３の表面にカバー膜１９を形成したものである（図５参照）。カバー膜１９は、絶縁層であり、ファンアウト配線１４ないし配線厚み補強部１５上の所定の部分に開口部を有する。カバー膜１９の開口部には、ボール状の外部端子２０を形成してもよい（図６参照）。【００７６】
カバー膜１９には、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＣＢ（benzocyclobutene）、ＰＢＯ（polybenzoxazole）、ポリノルボルネン樹脂等や、ガラスクロスやアラミド繊維などで形成された織布や不織布にエポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＣＢ（benzocyclobutene）、ＰＢＯ（polybenzoxazole）、ポリノルボルネン樹脂等を含浸させた材料、または感光性レジストインクを用いることができる。実施例１では、カバー膜１９には、感光性レジストインクを用いた。【００７７】
外部端子２０には、例えば、金、銀、銅、錫及び半田材料からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属又は合金を用いることができる。実施例５では、３μｍのニッケルおよび０．５ｕｍの金を順に積層した。【００７８】
実施例５によれば、実施例１と同様な効果を奏するとともに、ファンアウト配線１４の大部分がカバー膜１９に覆われ、機械的接触による配線や絶縁層のキズの発生を防止したり、湿度による配線腐食の影響を小さくすることができる。これにより、半導体装置を直接マザーボード上に実装することが可能となる。【００７９】
なお、実施例５では、配線厚み補強部１５で補強した形態のみ説明を行ったが、その構造に限定されることなく、絶縁層厚み補強部（図２の１６）や補強ビア配線（図３の１７）、及び配線幅補強部（図４（ｂ）の１８）を有する構成についても同様の構造を設けることで同様な効果を得ることができる。
【実施例６】
【００８０】
本発明の実施例６に係る半導体装置について図面を用いて説明する。図７は、本発明の実施例６に係る半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。図８は、本発明の実施例６に係る半導体装置の応用例の構成を模式的に示した断面図である。【００８１】
実施例６に係る半導体装置１は、実施例５（図５参照）に係る半導体装置のカバー膜１９上に、第２配線層２１、第２絶縁層２２、第３配線層２３の順に積層した多層配線構造体を形成したものである（図７参照）。第２配線層２１は、カバー膜１９に形成された開口部を通じてファンアウト配線１４ないし配線厚み補強部１５と電気的に接続されている。第３配線層２３は、第２絶縁層２２に形成された開口部を通じて第２配線層２１と電気的に接続されている。第３配線層２３の所定の部分には、ボール状の外部端子２０を形成してもよい（図８参照）。【００８２】
第２絶縁層２２には、例えば、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＣＢ（benzocyclobutene）、ＰＢＯ（polybenzoxazole）、ポリノルボルネン樹脂等や、ガラスクロスやアラミド繊維などで形成された織布や不織布にエポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＣＢ（benzocyclobutene）、ＰＢＯ（polybenzoxazole）、ポリノルボルネン樹脂等を含浸させた材料を用いることができる。【００８３】
第２配線層２１、第３配線層２３には、ファンアウト配線１４に用いられる材料と同様な材料を用いることができる。【００８４】
実施例６によれば、実施例１と同様な効果を奏するとともに、長期信頼性確保に加え、多層配線による電源・グランド強化、多ピンシグナルの引き出しを行うことが可能となる。【００８５】
なお、実施例６では、配線層数が３層、絶縁層数がカバー膜１９を含めて２層の例を示したが、本発明の効果はこの層数に限定されることなく、必要な配線層数が掲載されていても良い。【００８６】
なお、実施例６では、配線厚み補強部１５で補強した形態のみ説明を行ったが、その構造に限定されることなく、絶縁層厚み補強部（図２の１６）や補強ビア配線（図３の１７）、及び配線幅補強部（図４（ｂ）の１８）を有する構成についても同様の構造を設けることで同様な効果を得ることができる。【００８７】
また、本発明の半導体装置は、多層配線体の所望の位置に、回路のノイズフィルターの役割を果たすＬＣＲ素子が設けられていても良い。特にコンデンサを構成する誘電体材料としては、酸化チタン、酸化タンタル、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２又はＮｂ２Ｏ５等の金属酸化物、ＢＳＴ（ＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３）、ＰＺＴ（ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３）又はＰＬＺＴ（Ｐｂ１−ｙＬａｙＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３）等のペロブスカイト系材料若しくはＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９等のＢｉ系層状化合物であることが好ましい。但し、０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１である。また、コンデンサを構成する誘電体材料として、無機材料や磁性材料を混合した有機材料等を使用してもよい。【００８８】
また、本発明の半導体装置は、内蔵される半導体素子の数が２以上の複数であっても構わないし、半導体素子以外に受動部品として、ＬＣＲ部品、ＭＥＭＳ部品、センサなどが内蔵されていても良い。【００８９】
また、本発明の半導体装置における補強部（配線厚み補強部、絶縁層厚み補強部）は、半導体素子の外周部の上方の所定の領域（半導体素子の周縁部の真上とその横方向周辺領域）に配置されるが、少なくとも半導体素子の周辺部の真上より外側の領域を含むように配置されることが好ましい。ファンアウト配線の機械的強度が最も弱くなる半導体素子の周辺部の真上より外側の領域にあるファンアウト配線の部分を効果的に補強することができるからである。特に、半導体素子の周辺部の真上から、半導体素子の厚さの２倍以下の長さの領域で特に機械的強度が弱くなるため、この領域を補強することが最も好ましい。【００９０】
以上のように、本発明の半導体装置によれば、製造プロセス中の応力集中を最低限に抑制することができる。その結果として、反り・うねりの少ない半導体装置を実現し、信頼性が向上する。【００９１】
本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【図１】
0005644107.tif 000002
【図２】
0005644107.tif 000003
【図３】
0005644107.tif 000004
【図４】
0005644107.tif 000005
【図５】
0005644107.tif 000006
【図６】
0005644107.tif 000007
【図７】
0005644107.tif 000008
【図８】
0005644107.tif 000009
【図９】
0005644107.tif 000010
【図１０】
0005644107.tif 000011
【図１１】
0005644107.tif 000012
【図１２】
0005644107.tif 000013
【図１３】
0005644107.tif 000014