(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極が形成された半導体チップと、前記電極の部分を開口し、前記半導体チップの表面に形成された第１の絶縁樹脂と、前記電極に一端が接続し、他端が前記第１の絶縁樹脂の表面に延在し、前記電極の幅よりも幅が小さい金属配線と、前記金属配線の表面に形成された外部電極端子と、前記外部電極端子の部分を開口し、前記第１の絶縁樹脂の表面および前記金属配線の表面に形成された第２の絶縁樹脂とからなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体チップの表面と第１の絶縁樹脂との間にパッシベーション膜が形成され、前記半導体チップの電極は前記パッシベーション膜が開口した部分に形成されてい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】
電極は半導体チップの表面に複数個所定の間隔で配列されてい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４】
第１の絶縁樹脂の開口部はパッシベーション膜の開口部よりも大きく、前記第１の絶縁樹脂は前記半導体チップの電極に接触しないことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
第１の絶縁樹脂は半導体チップの電極に接触していることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
電極が形成された半導体チップの表面に第１の絶縁樹脂を形成する工程と、前記第１の絶縁樹脂の前記電極の表面に形成された部分を除去する工程と、前記第１の絶縁樹脂の表面および前記電極の表面に、前記電極の幅よりも小さい幅の金属配線を形成する工程と、前記金属配線の表面に第２の絶縁樹脂を形成する工程と、前記第２の絶縁樹脂を部分的に選択除去して前記金属配線の一部を露出させる工程と、前記金属配線の露出部に外部電極端子を形成する工程とよりなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
第１の絶縁樹脂を形成する工程の前に、半導体チップの表面の電極を除く部分にパッシベーション膜を形成する工程を設け、金属配線を形成する工程の後、前記金属配線の表面にレジスト材料を形成する工程と、前記レジスト材料を部分的に選択除去する工程とを設け、前記レジスト材料の除去部分は前記パッシベーション膜の開口部よりも小さい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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップと同等サイズである小型の半導体装置およびその製造方法に関するものであり、特に、半導体チップの電極に接続した金属配線が樹脂上に２次元的に再配線されて、金属配線の一部が外部端子として機能する半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子機器の小型化、高機能化に伴い、小型多端子の半導体装置として、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）が開発されている。
【０００３】
特に、半導体チップ表面の電極から外部端子までを接続する金属配線を形成した半導体装置は、半導体チップ上の電極ピッチが狭くても、金属配線の外部端子の位置を引き回して２次元的に配列でき、外部端子の位置の自由度が向上し、半導体装置の小型化とともに実装性の向上を実現する半導体装置として注目されている。
【０００４】
以下、従来の半導体装置について図面を参照しながら説明する。
【０００５】
図１１は、従来の半導体装置を示した斜視図、図１２は図１１に示した半導体装置の端部を拡大した斜視図であり、図１３は、図１２のＡ−Ａ’箇所における断面図、図１４は図１２のＢ−Ｂ’箇所における断面図である。
【０００６】
まず、図１１および図１２に示すように、半導体チップ１の上面に電極２およびその電極２の周囲にはパッシベーション膜３が形成され、パッシベーション膜３のさらに上面には第１の絶縁樹脂４が形成され、半導体チップ１の各電極２の上方では、第１の絶縁樹脂４が円形状に開口したコンタクトホール５を有する。そして、コンタクトホール５の内壁からの上部の周辺にかけてＣｕ等の金属がメッキされた金属配線６が形成されている。このコンタクトホール５の内壁には導電性材料が形成されているので、コンタクトホール５と半導体チップ１の電極２とは電気的に接続され、さらに、コンタクトホール５と外部電極７とは、第１の絶縁樹脂４の上面に形成された金属配線６により電気的に接続されている。外部電極７には、半田等からなるボール電極８が搭載され、このボール電極８を介して、半導体装置が搭載される実装基板（図示せず）の配線電極と金属配線６の外部電極７とが電気的に接続されている。また、金属配線６および第１の絶縁樹脂４の上面には、第２の絶縁樹脂９が形成されて金属配線６を被覆している。
【０００７】
次に、コンタクトホールおよび金属配線の断面構造について詳細に説明する。
【０００８】
なお、図１１および図１２で説明した内容と重複する内容については省略する。
【０００９】
図１３および図１４に示すように、半導体チップ１の電極２の上面に形成された金属バリア１０のさらに上面にはシード層１１が形成され、シード層１１の上面に金属配線６が形成されている。
【００１０】
ここで、従来の半導体装置におけるコンタクトホールどうしの最小距離の限界について説明する。
【００１１】
図１３に示すように、半導体チップ１の電極２の上方に形成された第１の絶縁樹脂４の開口部の直径をｄ、コンタクトホール５の内壁および周囲に形成された金属配線６の端部どうしの距離をＳ、コンタクトホール５の周囲から金属配線６の端部までの距離をＯ、半導体チップ１の電極２どうしの距離をＰとする。
【００１２】
ここで、第１の絶縁樹脂４に形成するコンタクトホール５は感光性のポリイミド等からなる絶縁樹脂を塗付、露光現像した後に熱硬化することで形成するが、絶縁樹脂の解像度の限界から、コンタクトホール５の開口部の直径ｄの最小値は、４０［μｍ］である。また、距離Ｏは金属バリア１０およびシード層１１をウエットエッチングする際の加工精度から１〜３［μｍ］以上である必要があり、製造工程におけるバラツキを含めて１０［μｍ］程度以上となる。また、金属配線６の間隔Ｓは金属バリア１０およびシード層１１をウエットエッチングする際の加工精度の限界から金属配線６の厚みが１０［μｍ］の場合の最小値として２０［μｍ］程度である。
【００１３】
したがって、半導体チップ１の電極２のピッチＰは、最低でも各距離ｄ、Ｏ、Ｓの総和となり、８０［μｍ］以上必要となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の半導体装置では、半導体チップの周囲に多数の電極を配列する場合、電極どうしの距離を狭くする必要があるが、コンタクトホールにより半導体チップの電極と金属配線とを電気的に接続する構造であるために、隣接するコンタクトホールどうしの距離は、コンタクトホールの直径よりも小さくすることはできないという制約があった。
【００１５】
例えば、１辺が５［ｍｍ］の半導体チップの周囲に４００個の半導体チップ電極を配列する場合、隣接する半導体チップ電極の間隔は少なくとも５０［μｍ］以下にする必要がある。しかし、従来の半導体装置では、隣接する半導体チップ電極２どうしの最小ピッチは８０［μｍ］以上必要であるため、４００個の電極の配置は不可能である。
【００１６】
このように、半導体チップの電極どうしの距離を狭くしようとしても、コンタクトホールの形成精度により、コンタクトホールと接続した金属配線どうしの距離を短縮できないという課題が生じる
本発明は前記従来の課題を解決するもので、半導体チップに形成された電極と電気的に接続するコンタクトホールのサイズに影響を受けることなく、半導体チップの電極どうしの狭ピッチ化に対応できる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の半導体装置は、電極が形成された半導体チップと、前記電極の部分を開口し、前記半導体チップの表面に形成された第１の絶縁樹脂と、前記電極に一端が接続し、他端が前記第１の絶縁樹脂の表面に延在し、前記電極の幅よりも幅が小さい金属配線と、前記金属配線の表面に形成された外部電極端子と、前記外部電極端子の部分を開口し、前記第１の絶縁樹脂の表面および前記金属配線の表面に形成された第２の絶縁樹脂とからなる。
【００１８】
また、半導体チップの表面と第１の絶縁樹脂との間にパッシベーション膜が形成され、前記半導体チップの電極は前記パッシベーション膜が開口した部分に形成されている。
【００１９】
また、電極は半導体チップの表面に複数個所定の間隔で配列されている。
【００２０】
また、第１の絶縁樹脂の開口部はパッシベーション膜の開口部よりも大きく、前記第１の絶縁樹脂は前記半導体チップの電極に接触しない。
【００２１】
また、第１の絶縁樹脂は半導体チップの電極に接触している。
【００２２】
本発明の半導体装置により、金属配線の幅が半導体チップの電極の開口部の幅よりも小さく形成されているので、従来のコンタクトホールを有する電極構造の電極ピッチよりも狭い電極ピッチを実現することができる。
【００２３】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、電極が形成された半導体チップの表面に第１の絶縁樹脂を形成する工程と、前記第１の絶縁樹脂の前記電極の表面に形成された部分を除去する工程と、前記第１の絶縁樹脂の表面および前記電極の表面に、前記電極の幅よりも小さい幅の金属配線を形成する工程と、前記金属配線の表面に第２の絶縁樹脂を形成する工程と、前記第２の絶縁樹脂を部分的に選択除去して前記金属配線の一部を露出させる工程と、前記金属配線の露出部に外部電極端子を形成する工程とよりなる。
【００２４】
また、第１の絶縁樹脂を形成する工程の前に、半導体チップの表面の電極を除く部分にパッシベーション膜を形成する工程を設け、金属配線を形成する工程の後、前記金属配線の表面にレジスト材料を形成する工程と、前記レジスト材料を部分的に選択除去する工程とを設け、前記レジスト材料の除去部分は前記パッシベーション膜の開口部よりも小さい。
【００２５】
本発明の半導体装置の製造方法により、従来のコンタクトホールを有しない電極構造を形成することで、金属配線の半導体チップの電極の表面に形成される部分の幅を小さくすることができ、半導体チップの電極どうしの狭ピッチ化に対応して金属配線どうしのピッチを小さくすることが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装置およびその製造方法の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図１は、本実施形態の半導体装置を示す斜視図であり、図２は図１の拡大図であり、図３は図２のＡ−Ａ’箇所の断面図であり、図４は図２のＢ−Ｂ’箇所の断面図である。
【００２９】
図１に示すように、半導体チップ１２の周囲にはＡｌ−ＳｉまたはＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕからなる複数の電極１３が形成され、電極１３が形成された領域を除く部分に低弾性樹脂からなる第１の絶縁樹脂１４が形成され、金属配線１５の一端が半導体チップ１２の電極１３に電気的に接続され、金属配線１５は第１の絶縁樹脂１４の側面を経由して第１の絶縁樹脂１４の表面で再配線され、金属配線１５の他端は例えば円形の金属ランド１６として構成されている。そして、第２の絶縁樹脂１７が半導体チップ１２の表面、金属配線１５の表面、第１の絶縁樹脂１４の表面に形成されているが、金属ランド１６の部分は開口されているものである。この第２の絶縁樹脂１７の開口部に露出した金属ランド１６に、半田からなるボール電極１８が外部電極端子として接続されている。ここで、本実施形態では、第１の絶縁樹脂１４の半導体チップ１２の電極１３付近の開口部（第１の絶縁樹脂１４が形成されていない部分）は、パッシベーション膜１９の半導体チップ１２の電極１３の部分の開口部よりも大きいので、第１の絶縁樹脂１４の端面はパッシベーション膜１９の開口部を覆わない構成となっている。
【００３０】
次に、金属配線の電極付近の構造を詳細に説明する。
【００３１】
図２に示すように、半導体チップ１２の電極１３の部分を開口するように、半導体チップ１２の表面にポリイミド樹脂からなるパッシベーション膜１９が形成されている。本実施形態の特徴として、半導体チップ１２の電極１３に接続している金属配線１５の一端の幅は、半導体チップ１２の電極１３の幅よりも小さくなっている。したがって、従来のコンタクトホールを有する電極構造よりも、半導体チップ１２の電極１３付近における金属配線１５どうしの距離を狭くすることができ、半導体チップ１２の電極１３のピッチの狭小化に対応できる。
【００３２】
次に、図３に示すように、半導体チップ１２の電極の表面には、金属バリア２０が形成され、金属バリア２０の表面にはめっきシード層２１が形成され、さらにめっきシード層２１の表面には金属配線１５が形成されている。本実施形態の特徴は、金属バリア２０の幅、めっきシード層２１の幅および金属配線１５の幅は、半導体チップ１２の電極１３におけるパッシベーション膜１９の開口部の幅よりも小さいことである。すなわち、金属配線１５どうしの間隔Ｓと金属配線１５の幅Ｗは、金属配線１５をめっき形成する際のめっきレジストの形成限界（めっきレジストを選択的に除去する部分の平面積に対するレジストの厚みの比：アスペクト比）および金属バリア２０およびめっきシード層２１をウエットエッチングする際のエッチング限界から金属配線１５の厚みが１０［μｍ］時で一般的に最小Ｓ＝２０［μｍ］、Ｗ＝２０［μｍ］程度である。したがって、隣接する半導体チップ１２の電極１３どうしの最小ピッチは、ＳとＷの合計となり、一般的に４０［μｍ］程度となる。
【００３３】
以上、本実施形態の半導体装置は、半導体チップの電極の幅より小さい金属配線を備えるため、隣接する半導体チップの電極どうしの最小距離Ｐは、金属配線幅Ｗと金属配線間隔Ｓの形成限界に依存する。このため、一般的にはＰは最小４０［μｍ］程度まで形成することができ、より小型で多ピンの半導体チップに適用できる。
【００３４】
次に、半導体装置の別の実施形態について説明する。
【００３５】
図５は本実施形態の半導体装置を示す斜視図であり、図６は図５のＣ−Ｃ’箇所における断面図である。なお、前記の第１の実施形態と同様の内容については、省略し、同一の構成要件には同一の符号を付す。
【００３６】
図５および図６に示すように、半導体チップ１２の表面のパッシベーション膜１９の表面に形成された第１の絶縁樹脂１４の端部は、半導体チップ１２の電極１３の一部を覆い、第１の絶縁樹脂１４が半導体チップ１２の電極１３に接触しているが、第１の絶縁樹脂１４の表面で再配線された金属配線１５は、半導体チップ１２の電極１３の第１の絶縁樹脂１４により覆われない部分（開口部）２２と接続している。本実施形態では、半導体チップ１２の電極１３における第１の絶縁樹脂１４の開口部は、半導体チップ１２の端部側であり、金属配線１５は半導体チップ１２の電極１３の開口部２２と接続しているものである。
【００３７】
このように、第１の絶縁樹脂の一部が、半導体チップの電極を覆うように形成されていることで、第１の絶縁樹脂の体積が増加し、第１の絶縁樹脂と金属配線との接触面積も増加することから、第１の絶縁樹脂により吸収することのできる応力緩和量が増大して、金属配線の断線等の不具合の発生を防止することができる。
【００３８】
次に、本発明の半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図７は本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す工程別の断面図である。
【００３９】
まず、図７（ａ）に示すように、電極１３が形成された半導体チップ１２の表面において、電極１３の部分を開口するようにパッシベーション膜１９を形成する。
【００４０】
次に、図７（ｂ）に示すように、感光性のエポキシ樹脂からなる低弾性の第１の絶縁樹脂１４を半導体チップ１２の電極１３およびパッシベーション膜１９の表面に形成する。
【００４１】
次に、図７（ｃ）に示すように、第１の絶縁樹脂１４を乾燥、露光、現像することによりパターニングし、半導体チップ１２の端部、半導体チップ１２の電極１３を開口するように、第１の絶縁樹脂１４に開口部２３を形成する。第１の絶縁樹脂１４の膜厚は塗付時の平坦性維持と露光、現像性の観点から５［μｍ］〜５０［μｍ］程度、好ましくは１０［μｍ］程度である。第１の絶縁樹脂１４としては、感光性エポキシ樹脂の他に、感光性ポリイミド、ＢＣＢ、ＰＢＯなどを用いてもよい。第１の絶縁樹脂１４が感光性絶縁樹脂の場合の現像液としては、現像時に半導体チップ１２の電極１３を溶解しない材料として、弱アルカリまたは有機系の現像液を用いる。
【００４２】
次に、図８（ａ）に示すように、半導体チップ１２の電極１３、パッシベーション膜１９および第１の絶縁樹脂１４の表面に金属バリア２０、めっきシード層２１の順に、スパッタリング法により形成する。金属バリア２０のスパッタリングに先立ち、プラズマ処理によって第１の絶縁樹脂１４の表面を微細に粗化することにより、第１の絶縁樹脂１４と金属バリア２０との密着強度を向上させることができるとともに、半導体チップ１２の電極１３の表面に残った第１の絶縁樹脂１４の現像残さを除去し、半導体チップ１２の電極１３と金属バリア２０との接続抵抗を低下させることが可能である。本実施形態では、反応ガスを用いたプラズマ処理方法による粗化を行うが、半導体チップ１２の電極１３やパッシベーション膜１９のエッチング量に対し、第１の絶縁樹脂１４を選択的にエッチングできればよい。本実施形態のプラズマ処理方法は、具体的にはＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）処理法、酸素、窒素、ＣＦ４のいずれかのガスを選択した混合ガスを用いる。
【００４３】
なお、本実施形態では、金属バリア２０としてＴｉ−Ｗ合金を用いており、第１の絶縁樹脂１４や半導体チップ１２の電極１３、パッシベーション膜１９と強い密着強度を有し、かつめっきシード層２１のエッチング液に対するバリア性を有する。また、めっきシード層２１としては、電解めっき法で形成可能とするため、低抵抗率のＣｕを用いる。金属バリア２０を構成するＴｉ−Ｗ合金の厚みは、めっきシード層２１をエッチングする時に、エッチング液を遮断するバリア性の観点から、０．１［μｍ］程度以上が好ましく、金属バリア２０が析出する時に発生する応力およびエッチングの容易性を考慮すると０．５［μｍ］程度以下が好ましいが、本実施形態では０．２［μｍ］である。また、めっきシード層２１を構成するＣｕの厚みは、電気抵抗の観点からは０．３［μｍ］程度以上が好ましく、析出応力とエッチングの容易さの観点からは１．０［μｍ］以下が好ましく、本実施形態では０．５［μｍ］程度である。
【００４４】
次に、図８（ｂ）に示すように、めっきシード層２１の表面に感光性のレジスト材料２４を塗布する。
【００４５】
次に、図９（ａ）に示すように、感光性のレジスト材料２４を乾燥、露光、現像することにより、金属配線を形成する部分を除いた領域に、レジスト材料２４を残す。ここで、金属配線となる電解Ｃｕめっき厚を５［μｍ］〜１５［μｍ］とするため、レジスト材料２４の厚みを２０［μｍ］程度で形成し、酸素によるプラズマ処理により、レジスト材料２４の現像残さを除去する。
【００４６】
次に、図９（ｂ）に示すように、電解Ｃｕめっき法により、レジスト材料２４が形成された部分以外のめっきシード層２１が露出した部分に、厚膜金属をパターメッキとして金属配線１５を形成する。金属配線１５の厚みは、電気抵抗と機械的強度の観点から５［μｍ］〜１５［μｍ］程度、好ましくは１０［μｍ］程度の厚みに形成する。
【００４７】
次に、図９（ｃ）に示すように、レジスト材料を剥離除去し、酸素によるプラズマ処理により、レジスト材料２４の剥離残さを除去する。そして、めっきシード層２１と金属配線１５とをＣｕエッチング液にて全面Ｃｕエッチングすると、金属配線１５よりも層厚が薄いめっきシード層２１の上層（Ｃｕ）が先行して除去される。このとき、エッチング液は金属バリア２０を溶かさず、めっきシード層２１を選択的にエッチングできる溶液として、例えば過酸化水素と硫酸の混合液や過硫酸ナトリウムを用いる。
【００４８】
次に、図１０（ａ）に示すように、例えば過酸化水素水からなるＴｉＷエッチング液により、金属バリア２０を全面エッチングすることで、所望のパターンを有する金属配線１５を形成する。
【００４９】
次に、図１０（ｂ）に示すように、感光性の第２の絶縁樹脂２５を金属配線１５および半導体チップ１２の表面に塗布し、乾燥、露光、現像することによりパターニングし、第２の絶縁樹脂２５に開口部２６を形成する。第２の絶縁樹脂２５の膜厚は塗付時の平坦性維持と露光、現像性の観点から５［μｍ］〜５０［μｍ］程度、好ましくは３０［μｍ］程度に形成する。なお、第２の絶縁樹脂２５の材料としては、例えばエステル結合型ポリイミドやアクリレート系エポキシ等のポリマーでよく、絶縁性であればよい。
【００５０】
その後、金属ランド１６上に半田ペーストを印刷し溶融し外部電極端子としてボール電極１８を形成する。ここで、半田ペーストを印刷溶融する代わりに半田ボールを搭載溶融してボール電極１８を形成しても良い。
【００５１】
以上、本発明の半導体装置の製造方法によれば、金属配線をマスクにしてめっきシード層と金属バリアを選択的にエッチングすることができるため、エッチングマスクが不要でかつエッチングのマージンを広くとることができ、より低コストで高性能な小型半導体装置を提供することができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の半導体装置およびその製造方法は、半導体チップの電極部分のパッシベーション膜に形成された開口部の幅より小さい幅の金属配線層を備え、コンタクトホールを用いない構造であるため、隣接する半導体チップの電極どうしの間隔を狭くすることができ、小型で多ピンの半導体チップに適用できる半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の半導体装置を示す斜視図
【図２】本発明の一実施形態の半導体装置を示す斜視図
【図３】本発明の一実施形態の半導体装置を示す断面図
【図４】本発明の一実施形態の半導体装置を示す断面図
【図５】本発明の一実施形態の半導体装置を示す斜視図
【図６】本発明の一実施形態の半導体装置を示す断面図
【図７】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図８】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図９】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図１０】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図１１】従来の半導体装置を示す斜視図
【図１２】従来の半導体装置を示す斜視図
【図１３】従来の半導体装置を示す断面図
【図１４】従来の半導体装置を示す断面図
【符号の説明】
１  半導体チップ
２  電極
３  パッシベーション膜
４  第１の絶縁樹脂
５  コンタクトホール
６  金属配線
７  外部電極
８  ボール電極
９  第２の絶縁樹脂
１０  金属バリア
１１  シード層
１２  半導体チップ
１３  電極
１４  第１の絶縁樹脂
１５  金属配線
１６  金属ランド
１７  第２の絶縁樹脂
１８  ボール電極
１９  パッシベーション膜
２０  金属バリア
２１  めっきシード層
２２  開口部
２３  開口部
２４  レジスト材料
２５  第２の絶縁樹脂
２６  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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