(57)【要約】【課題】半導体基板上に形成される再配線の放熱を良好にすると共に、パッド部に作用する熱応力が低減された半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置１０は、半導体基板１２と、半導体基板１２の上面に設けられた少なくとも１層の配線層を被覆する絶縁層と、パッド状に構成されて外部端子が接続されるパッド部４４と、パッド電極４２とパッド部４４とを接続する配線部１９とから構成される再配線４８と、パッド部４４と絶縁層との間に配置された樹脂材料から成る応力緩和部１１とを備えている。そして、再配線４８の配線部１９は、パッド部４４よりも半導体基板１２側に接近して配置されている。【選択図】図１
2011035143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の一主面に設けられた少なくとも１層の配線層を被覆する絶縁層と、
外部端子が接続されるパッド部と、前記配線層から成るパッド電極と前記パッド部とを接続する配線部とから構成される再配線と、
前記パッド部と前記絶縁層との間に配置された樹脂材料から成る応力緩和部と、を備え、
前記再配線の前記配線部は、前記パッド部よりも前記半導体基板側に接近して配置されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記再配線は、前記絶縁層を被覆する樹脂層の上面に形成され、
前記応力緩和部は前記パッド部が配置される領域の前記樹脂層を突起させた部位であり、前記再配線の前記配線部は、前記応力緩和部が設けられた部分よりも薄く形成された前記樹脂層の上面に配置され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】
前記応力緩和部は、フィラーが混入された樹脂から構成されることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記応力緩和部の厚みは２μｍ以上であることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記配線層の配線部は、前記半導体基板を被覆する絶縁層の上面に直に接触す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】
半導体基板と、前記半導体基板の素子形成領域と接続された配線層と、前記配線層を被覆する絶縁層と、前記絶縁層から露出する前記配線層の一部から成るパッド電極とを有する半導体ウェハを用意する工程と、
外部端子が接続されるパッド部が設けられる領域の前記絶縁層の上面に、樹脂を主材料とする応力緩和部を設ける工程と、
前記応力緩和部の上面に配置される前記パッド部と、前記パッドと前記パッド電極とを接続される配線部とから成る再配線を形成し、前記配線部を前記パッド部よりも前記半導体基板側に配置する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記応力緩和部を設ける工程では、局所的に突起する部位により前記応力緩和部が構成される樹脂層により前記絶縁層を被覆し、
前記再配線を形成する工程では、前記応力緩和部が設けられていない薄い部分の前記樹脂層の上面に、前記再配線の前記配線部を配置することを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記応力緩和部の側面は、前記半導体基板側に向かって広がる傾斜面であることを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記応力緩和部を設ける工程では、前記パッド部が配置される領域のみに樹脂層から成る前記応力緩和部を形成し、
前記再配線を形成する工程では、前記再配線の前記配線部を前記絶縁層の上面に直に形成することを特徴とする請求項６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】
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に、半導体基板の主面に配線や電極が形成されるＷＬＰ（Ｗａｆｅｒ  Ｌｅｖｅｌ  Ｐａｃｋａｇｅ）およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子機器にセットされる回路装置は、携帯電話、携帯用のコンピューター等に採用されるため、小型化、薄型化、軽量化が求められている。これらの条件を満たすために、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）と呼ばれる、内蔵される半導体素子と同等のサイズを有する半導体装置が開発されている。
【０００３】
これらのＣＳＰの中でも特に小型化なものとしてＷＬＰがある。従来から知られているＷＬＰの構造が下記特許文献１に記載されている。図７を参照して、この文献に開示された半導体装置１００の構造を説明する。半導体装置１００は、拡散工程により各種素子が形成された半導体基板１０２の上面に、例えば３層程度の多層の配線層１０４が絶縁膜を介して積層されている。更に、最上層の配線層は例えばシリコン窒化膜から成る絶縁膜１０６により被覆されている。また、最上層の配線層から成るパッド電極１０２が絶縁膜１０６から露出している。
【０００４】
絶縁膜１０６の上面には第１樹脂層１０８および第２樹脂層１１２が順次積層されている。第１樹脂層１０８および第２樹脂層１１２は、厚みが１０μｍ程度のエポキシ樹脂から成る。第１樹脂層１０８の上面には再配線１１０が形成されており、この再配線１１０の一部分はパッド１１４を構成している。パッド１１４は第２樹脂層１１２を部分的に除去して設けた開口部１１６から外部に露出しており、半田から成る外部端子１１８がパッド１１４の露出部分に付着されている。また、再配線１１０の端部は第１樹脂層１０８を貫通してパッド電極１２０と接続されている。
【０００５】
また、従来のＷＬＰの製造方法として、次の製造方法が知られている（例えば、特許文献２および特許文献３参照）。先ず、半導体素子の拡散層等が形成された半導体ウェハ上に窒化シリコン膜から成る第１の保護膜を成膜する。第１の保護膜上等に第１の配線層を形成した後、第１の保護膜上にポリイミド膜から成る第２の保護膜を成膜する。そして、第２の保護膜上等に第２の配線層を形成した後、ポリイミド膜から成る第３の保護膜を成膜する。このとき、半導体素子形成領域の周囲に、第１の配線層と第２の配線層から成る周縁パターンを形成する。その後、周縁パターン間の第１〜第３の保護膜を除去し、開口することでスクライブラインを形成した後、開口領域から露出する半導体ウェハをダイシング・ソーで切断し、チップ状態にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２９４６０７号公報
【特許文献２】特開平８−１７２０６２号公報
【特許文献３】特開平５−４１４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した構成の半導体装置では、半導体装置１００が動作した際に再配線１１０から発生した熱が良好に外部に放出され難い問題があった。
【０００８】
具体的には、先ず、再配線１１０は半導体基板１０２上に形成された第１樹脂層１０８の上面に形成されている。この様に再配線１１０が第１樹脂層１０８の上面に形成される理由は、半導体装置１００を実装した際に、外部端子１１８およびパッド１１４に作用する熱応力を、パッド１１４の下方に位置する第１樹脂層１０８により緩和するためである。樹脂から成る第１樹脂層１０８は、半導体材料や酸化物から成る他の層と比較して柔軟性に優れている。従って、上記した熱応力が外部端子１１８およびパッド１１４に作用しても、パッド１１４の下方に存在する第１樹脂層１０８自体が変形することにより、この熱応力が低減する。結果的に、外部端子１１８およびパッド１１４に作用する熱応力も低減され、これらが熱応力により破壊されることが防止される。
【０００９】
しかしながら、第１樹脂層１０８の材料であるエポキシ樹脂は、他の材料と比較すると熱伝導性に劣る。例えば、半導体基板１０２の材料であるシリコンの熱伝導率が１６８（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）であるのに対し、第１樹脂層１０８の主材料であるエポキシ樹脂の熱伝導率は０．２１（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）であり遙かに小さい。従って、半導体装置１００が動作する際に再配線１００が発熱しても、半導体基板１０２側への熱の移動は第１樹脂層１０８により阻害されてしまうので、良好に放熱が行われず、再配線１１０の温度は上昇してしまう。結果的に、再配線１１０に隣接する第１樹脂層１０８や第２樹脂層１１２が劣化して層間剥離が発生したり、半導体装置１００全体の特性が悪化してしまう恐れがある。
【００１０】
また、この問題を回避するために、再配線１１０全体を、パッシベーション膜である絶縁膜１０６の上面に設ける構造も考えられる。しかしながら、この構造であると、第１樹脂層１０８が備えた応力緩和の作用が失われるので、上記した熱応力により外部端子１１８やパッド１１４が破壊されてしまう恐れがある。
【００１１】
本発明は上記した問題を鑑みて成され、本発明の目的は、半導体基板上に形成される再配線の放熱を良好にすると共に、パッドに作用する熱応力が低減された半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の一主面に設けられた少なくとも１層の配線層を被覆する絶縁層と、外部端子が接続されるパッド部と、前記配線層から成るパッド電極と前記パッド部とを接続する配線部とから構成される再配線と、前記パッド部と前記絶縁層との間に配置された樹脂材料から成る応力緩和部と、を備え、前記再配線の前記配線部は、前記パッド部よりも前記半導体基板側に接近して配置されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板と、前記半導体基板の素子形成領域と接続された配線層と、前記配線層を被覆する絶縁層と、前記絶縁層から露出する前記配線層の一部から成るパッド電極とを有する半導体ウェハを用意する工程と、外部端子が接続されるパッド部が設けられる領域の前記絶縁層の上面に、樹脂を主材料とする応力緩和部を設ける工程と、前記応力緩和部の上面に配置される前記パッド部と、前記パッドと前記パッド電極とを接続される配線部とから成る再配線を形成し、前記配線部を前記パッド部よりも前記半導体基板側に配置する工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、再配線のパッド部と半導体基板との間に応力緩和部を設け、更に再配線の配線部をパッド部よりも半導体基板側に接近して配置している。このことにより、先ず、パッド部の下方に樹脂材料から成る応力緩和層が配置されるので、パッド部およびこのパッド部に溶着される外部端子に作用する熱応力が緩和される。更に、再配線の配線部が半導体基板側に配置されるので、半導体装置を動作させた際に電流が通過することで配線部が発熱しても、発生した熱は絶縁層および半導体基板を経由して外部に良好に放出される。このことにより、配線部の過熱が防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の半導体装置の構成を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）および（Ｃ）は拡大された断面図である。
【図２】（Ａ）は本発明の半導体装置が備える配線層の具体的な構成を示す断面図であり、（Ｂ）は本発明の半導体装置が実装基板に実装された状態を示す断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は拡大された平面図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）−（Ｃ）は断面図である。
【図５】本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）−（Ｄ）は断面図である。
【図６】本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）−（Ｄ）は断面図である。
【図７】背景技術の半導体を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１を参照して、本実施形態の半導体装置１０の構成を説明する。図１（Ａ）は半導体装置１０を全体的に示す断面図であり、図１（Ｂ）は半導体装置１０の一部分を拡大して示す断面図であり、図１（Ｃ）は本形態の他の構成を示す断面図である。
【００１７】
図１（Ａ）を参照して、半導体装置１０は半導体基板１２の上面側に配線と外部端子４６が配置されたＷＬＰであり、概略的な構成は次の通りである。先ず、シリコン等の半導体材料から成る半導体基板１２の上面付近には、拡散工程により素子が形成されている。そして、半導体基板１２の上面を被覆する絶縁層（不図示）は、第１樹脂層３０により被覆され、この第１樹脂層３０の上面にはパッド電極４２と接続された再配線４８が形成されている。この再配線４８および第１樹脂層３０の上面は第２樹脂層３２により被覆されている。また、再配線４８の一部から成るパッド部４４は第２樹脂層３２から露出しており、半田等の導電性接着材から成る外部端子４６がパッド部４４の上面に溶着されている。
【００１８】
図１（Ｂ）を参照して、半導体装置１０の構成を詳細に説明する。半導体基板１２には、拡散領域によりトランジスタ、抵抗等が形成されており、平面視で四角形形状を呈している。半導体基板１２の構造としては、単結晶基板でなるもの、単結晶基板上にエピタキシャル層が形成されるものが考えられる。また、半導体基板１２の材料としては、シリコンでも良いし化合物半導体基板であってもよい。
【００１９】
半導体基板１２の上面には、１層以上の配線層１５が設けられている。配線層１５は、アルミニウムやアルミニウム合金を主材料とする配線層が酸化シリコンから成る絶縁層を介して積層されることにより形成されている。配線層１５の具体的な構成は図２（Ａ）を参照して後述する。
【００２０】
配線層１５の上面は例えば窒化シリコン膜から成る絶縁膜１７により被覆されている。また、最上層の配線層をパッド状に形成したパッド電極４２は、絶縁膜１７を部分的に除去して設けた開口部から露出している。
【００２１】
第１樹脂層３０は、絶縁膜１７を被覆するように形成される。第１樹脂層３０は、ポリベンズオキサゾール（ＰＢＯ）膜、ポリイミド樹脂膜等の樹脂材料を主体として形成されている。ここで、第１樹脂層３０の材料としては熱硬化性樹脂でも良いし、熱可塑性樹脂でも良い。更に、第１樹脂層３０は、粒状のアルミナ等から成るフィラーが充填された樹脂材料から構成されても良い。この様にすることで、第１樹脂層３０の熱伝導性が向上され、再配線４８から発生する熱を、第１樹脂層３０を経由して良好に半導体基板１２に伝導させて外部に放出させることができる。
【００２２】
第１樹脂層３０の一部分を上方に突起させることにより応力緩和部１１が構成されている。この応力緩和部１１は、再配線４８の一部から成るパッド部４４が配置される部位であり、図示の如く台形の断面形状を備えている。応力緩和部１１が他の領域の第１樹脂層３０から突起する高さは例えば２μｍ以上（１μｍ以上３μｍ以下）である。更に、応力緩和部１１以外の領域の第１樹脂層３０の上面は平坦面であり、この領域の第１樹脂層３０の厚みは背景技術よりも薄く形成される。一例として平坦に形成される領域の第１樹脂層３０の厚みは、５μｍ以下（３μｍ以上８μｍ以下）程度である。また、第１樹脂層３０を部分的に除去して開口することにより、パッド電極４２の上面が第１樹脂層３０から露出している。
【００２３】
再配線４８は、第１樹脂層３０の上面に形成される。再配線４８は、メッキ用金属層とメッキ層とを積層させて構成されている。ここで、メッキ用金属層は、クロム（Ｃｒ）層、Ｔｉ層またはＴｉＷ層から成る高融点金属膜に、Ｃｕ層またはニッケル（Ｎｉ）層が積層して構成されており、メッキ層を形成する際の種として用いられる。また、メッキ層としては、電解メッキ法により形成されるＣｕメッキ層が採用される。
【００２４】
更に、再配線４８は、外部端子４６が付着される部位であるパッド部４４と、半導体基板１２側のパッド電極４２とパッド部４４とを接続するように一体に延在する配線部１９とから構成される。パッド部４４は平面視で円形または四角形形状に形成されており、配線部１９の幅はパッド部４４よりも細長く（例えば半分以下）に形成される。
【００２５】
パッド部４４は第２樹脂層３２に設けた開口部１３から上面が露出されて、半田から成る外部端子４６が溶着されている。また、パッド部４４は上記したように応力緩和部１１の平坦な上面に配置される。従って、パッド部４４の下方（パッド部４４と半導体基板１２との間）には、突起部としての応力緩和部１１を含む厚い第１樹脂層３０が存在することになる。例えば、パッド部４４の下方に存在する第１樹脂層３０の厚みは、１０μｍ程度である。この様に、パッド部４４の下方に応力緩和部１１を設けて第１樹脂層３０を局所的に厚くすることにより、第１樹脂層３０が変形し易くなり、熱応力が緩和される効果が大きくなる。この効果に関しては図２（Ｂ）を参照して後述する。
【００２６】
配線部１９は、応力緩和部１１以外の領域の第１樹脂層３０の平坦な上面に形成されている。換言すると、厚みが例えば５μｍ以下に薄く形成された第１樹脂層３０の上面に、配線部１９が形成されている。従って、半導体装置１０の使用状況下にて電流が供給されることにより、配線部１９が発熱しても、発生した熱は薄い第１樹脂層３０および半導体基板１２等を経由して外部に良好に放出される。具体的には、配線部１９から発生した熱の大部分は、第１樹脂層３０、絶縁膜１７、配線層１５および半導体基板１２を経由して外部に放出される。また、半導体基板１２の上面に積層される配線層１５および絶縁膜１７は、樹脂材料よりも放熱性に優れるシリコン酸化物や金属（無機物）から構成されるので、熱の伝導は比較的良好である。本形態では、第１樹脂層３０よりも熱伝導率に優れる半導体基板１２をヒートシンクの如く用いて、配線部１９の過熱を抑制している。
【００２７】
即ち、本形態では、パッド部４４の下方にて第１樹脂層３０を厚くすることでパッド部４４に作用する熱応力を低減させ、更に、配線部１９が配置される第１樹脂層３０を薄くすることで放熱性を確保している。
【００２８】
図１（Ｃ）を参照して、他の形態の半導体装置の構成を説明する。この図に示す半導体装置では、パッド部４４の下方のみに第１樹脂層３０から成る応力緩和部１１を設け、それ以外の領域には第１樹脂層３０は設けられていない。即ち、再配線４８のパッド部４４の下面が応力緩和部１１に接触し、再配線４８の配線部１９の下面は絶縁膜１７の上面に接触している。他の構成は、図１（Ｂ）に示したものと同様である。
【００２９】
配線部１９の下面を絶縁膜１７の上面に接触して配置することにより、配線部１９から発生する熱をより効率的に外部に放出できる。具体的には、配線部１９から発生した熱の大部分は、絶縁膜１７、配線層１５および半導体基板１２を経由して外部に放出される。図１（Ｂ）に示した構造を比較すると、熱抵抗が大きい第１樹脂層３０が放熱の経路に含まれないので、図１（Ｃ）に示す構造はこの分だけ放熱性が優れている。
【００３０】
更にまた、パッド部４４と比較すると幅が半分以下に細長く形成される配線部１９は、抵抗値が大きくなるので、電流が通過することにより発熱しやすい条件となる。この様な条件であっても、本形態では上記したように配線部１９を半導体基板１２側に接近して配置することにより、半導体基板１２を経由して良好に放熱することにより、配線部１９の過熱を抑制している。
【００３１】
図２（Ａ）を参照して、次に、半導体基板１２の上面に形成される配線層１５の具体的な構成を説明する。ここでは、絶縁層を介して３層の配線層か積層されている。具体的には、半導体基板１２の上面には、下層から、酸化膜１６、第１配線層１８、第１絶縁層２０、第２配線層２２、第２絶縁層２４、第３配線層２６および第３絶縁層２８が積層されている。
【００３２】
酸化膜１６は、例えば、熱酸化法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により半導体基板１２上に形成される。そして、酸化膜１６には、フォトリソグラフィ技術を用い、例えば、ＣＨＦ３またはＣＦ４系のガスを用いたドライエッチングにより、コンタクトホールが形成される。そして、このコンタクトホールにはタングステン（Ｗ）がＣＶＤ法により埋設される。
【００３３】
酸化膜１６の上面には、コンタクトホールを経由して拡散領域と接続された第１配線層１８が形成される。第１配線層１８は、例えば、バリアメタル膜、金属膜および反射防止膜がこの順番で積層して成る。ここで、バリアメタル膜は、チタン（Ｔｉ）やチタンナイトライド（ＴｉＮ）等の高融点金属から成る。金属膜は、アルミニウム（Ａｌ）膜やアルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）膜、アルミニウム−シリコン−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）膜、アルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）膜等から選択されて成るアルミニウム（Ａｌ）を主体とする合金膜から成る。反射防止膜は、ＴｉＮ、チタンタングステン（ＴｉＷ）等の高融点金属から成る。
【００３４】
上記した酸化膜１６および第１配線層１８が被覆されるように、第１絶縁層２０が形成される。この第１絶縁層２０は、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ−Ｅｔｈｙｌ−Ｏｒｓｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ）膜、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）膜およびＴＥＯＳ膜を順次積層されて構成されている。この様に、複数層の膜で第１絶縁層２０を構成することにより、第１絶縁層２０の上面の平坦性が向上される。また、第１絶縁層２０の所望の箇所を部分的に貫通させることで、第１配線層１８と第２配線層２２とを接続させるコンタクトホールが形成される。
【００３５】
第１絶縁層２０の上面に第２配線層２２が形成される。第２配線層２２は、第１配線層１８と同様に、バリアメタル膜、金属膜、反射防止膜の積層体により成る。そして、第２配線層２２は、所定箇所にて第１絶縁層２０を貫通して下層の第１配線層１８と電気的に接続される。
【００３６】
第２配線層２２および第１絶縁層２０の上面が被覆されるように、第２絶縁層２４が形成される。第２絶縁層２４の構成は、上記した第１絶縁層２０と同様で良く、例えば、ＴＥＯＳ膜、ＳＯＧ膜およびＴＥＯＳ膜をこの順番で積層して形成される。
【００３７】
第２絶縁層２４の上面には第３配線層２６が形成される。第３配線層２６は、上記した第１配線層１８と同様に、バリアメタル膜、金属膜、反射防止膜の積層体である。また、第３配線層２６の一部から図１（Ａ）に示すパッド電極４２が形成される。更に、所定箇所の第２絶縁層２４を貫通して、第２配線層２２と第３配線層２６が電気的に接続される。
【００３８】
第２絶縁層２４および第３配線層２６を被覆するように、第３絶縁層２８が形成される。第３絶縁層２８は、第２絶縁層２４および第３配線層２６を被覆するＴＥＯＳ膜およびこのＴＥＯＳ膜の上面を被覆するシリコン窒化（ＳｉＮ）膜から構成される。ＳｉＮ膜は、耐湿性に優れ、下層の層間絶縁層への水分の浸入を防止し、配線層の腐食を防止する。そして、ＴＥＯＳ膜及びＳｉＮ膜によりジャケットコート膜が形成される。
【００３９】
また、パッド電極４２と成る第３配線層２６の上面は、部分的に第３絶縁層２８を除去することにより設けられた開口部５４から露出して、再配線４８と接続される。
【００４０】
ここで、図１（Ｃ）に示すようにパッド部の下方のみに第１樹脂層３０が配置される場合は、再配線４８は第３絶縁層２８の上面に直に形成される。
【００４１】
図２（Ｂ）を参照して、応力緩和部１１により熱応力が緩和される事項を説明する。この図に示すように、半導体装置１０は実装基板３６にフリップチップ実装されることにより例えば半導体モジュールを構成する。また、半導体装置１０と実装基板３６との間に、エポキシ樹脂等の樹脂材料から成るアンダーフィルが充填されても良い。
【００４２】
実装基板３６は、ガラスエポキシ樹脂等の樹脂材料を主体とする基板または金属基板等である。実装基板３６の上面には銅箔を所定形状にパターニングして形成された導電路３８が形成されている。そして、外部端子４６が導電路３８の上面に接触するように、半導体装置１０を実装基板３６に載置した後に、半田から成る外部端子４６を一旦溶融して硬化させることで、半導体装置１０がフェイスダウンで実装される。
【００４３】
この様にＷＬＰである半導体装置１０を実装基板３６にフェイスダウンで実装すると、使用状況下の温度変化に伴い熱応力が発生する。具体的には、半導体装置１０の主材料である半導体基板１２（シリコン）の線膨張率は３．０×１０−６／Ｋであり、実装基板３６を構成する樹脂の線膨張率は例えば３０×１０−６／Ｋである。従って、両者は線膨張率が大きく異なるので、温度変化に伴い両者の膨張量が大きく異なる。具体的には、温度上昇に伴い、半導体装置１０の膨張量が僅かであるのに対し、実装基板３６は相対的に大きく膨張する。この様になると、両者を接続する外部端子４６およびパッド部４４には大きな熱応力が作用し、これらの部位の剥離や外部端子４６へのクラックの発生等の恐れがある。
【００４４】
本形態では、半導体装置１０に応力緩和部１１を設けることで、上記した熱応力を低減している。具体的には、上記した温度上昇に伴い、外部端子４６およびパッド部４４に熱応力が作用すると、パッド部４４の直上に配置された樹脂材料から成る応力緩和部１１が、紙面上にて横方向に変形する。このように、樹脂から成る応力緩和部１１が変形することで、外部端子４６およびパッド部４４に作用する応力が低減され、両者の剥離やクラックの発生が抑制される。
【００４５】
図３から図６を参照して、上記した半導体装置の製造方法を説明する。
【００４６】
図３を参照して、先ず、前工程を経て多数の素子形成領域が設けられた半導体ウェハ５０を用意する。図３（Ａ）は半導体ウェハ５０を全体的に示す平面図であり、図３（Ｂ）は素子形成領域１４を拡大して示す平面図である。
【００４７】
図３（Ａ）を参照して、半導体ウェハ５０には、複数の素子形成領域１４がマトリックス状に配置される。そして、個々の素子形成領域１４は、半導体ウェハ５０に格子状に規定されたスクライブライン５２により囲まれている。
【００４８】
図３（Ｂ）を参照して、マトリックス状に配置された各素子形成領域１４の間にはスクライブの為のマージン領域であるスクライブ領域３４が設けられている。この図では、スクライブ領域３４をドットのハッチングにて示している。
【００４９】
一点鎖線で示されるスクライブライン５２は、半導体ウェハ５０を分割する際の基準となるスクライブセンターを示しており、このスクライブライン５２にて囲まれる領域が１つの半導体装置となる。そして、この囲まれる領域は、中央部付近に矩形に形成された素子形成領域１４と、この素子形成領域１４を囲むスクライブ領域３４とを含む。
【００５０】
次に、図４の各断面図を参照して、半導体基板１２の上面に各配線層および絶縁層を設ける工程を説明する。
【００５１】
図４（Ａ）を参照して、半導体ウェハである半導体基板１２を準備し、半導体基板１２上に酸化膜１６を形成する。酸化膜１６は、例えば、熱酸化膜法により形成され、酸化性雰囲気下において７００〜１２００（℃）に加熱することで形成される。尚、酸化膜１６としては、熱酸化膜法により形成したシリコン酸化膜上に、例えば、ＣＶＤ法により形成したシリコン酸化膜を堆積する場合でも良い。また、半導体基板１２としては、単結晶基板でなるもの、単結晶基板上にエピタキシャル層が形成されるものが考えられる。半導体基板１２の材料としては、シリコンまたは化合物半導体が採用される。半導体基板１２の上面付近には、拡散領域により半導体素子が形成される。
【００５２】
次に、酸化膜１６にフォトリソグラフィ技術を用い、例えば、ＣＨＦ３またはＣＦ４系のガスを用いたドライエッチングにより、コンタクトホールを形成する。そして、このコンタクトホールをＷにより埋設する。
【００５３】
次に、酸化膜１６の上面に第１配線層１８を形成する。具体的には、先ず、酸化膜１６の上面に、スパッタリング法により、バリアメタル膜としてＴｉやＴｉＮ等の高融点金属を堆積する。更に、このバリアメタル膜の上面に、スパッタリング法により、金属膜としてＡｌ膜またはＡｌ−Ｓｉ膜、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜、Ａｌ−Ｃｕ膜等から選択されて成るＡｌ合金膜を堆積する。更に、この金属膜の上面に、スパッタリング法で反射防止膜として、ＴｉＮ、ＴｉＷ等の高融点金属を堆積する。その後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い、前述したバリアメタル膜、金属膜及び反射防止膜を選択的に除去し、第１配線層１８を形成する。
【００５４】
次に、第１配線層１８上を含む、酸化膜１６上に第１絶縁層２０を形成する。第１絶縁層２０は、ＴＥＯＳ膜、ＳＯＧ膜およびＴＥＯＳ膜の順序で積層して形成される。ここで、ＴＥＯＳ膜は、例えば、ＣＶＤ法により４００（℃）程度に加熱された状態にて成膜される。また、ＳＯＧ膜は、回転塗布法により、下層のＴＥＯＳ膜上に塗布された後、１５０〜２００（℃）で乾燥を行い、４００（℃）で焼成される。
【００５５】
次に、第１絶縁層２０にフォトリソグラフィ技術を用い、例えば、ＣＨＦ３またはＣＦ４系のガスを用いたドライエッチングによりコンタクトホール（不図示）を形成する。このコンタクトホールは、第１配線層１８と形成予定の第２配線層２２とを電気的に接続するために用いられる。
【００５６】
図４（Ｂ）を参照して、次に、第１絶縁層２０の上面に第２配線層２２を形成する。第２配線層２２の形成方法は上記した第１配線層１８と同様である。即ち、第２配線層２２は、スパッタリング法により、バリアメタル膜、金属膜および反射防止膜を積層させてエッチングすることにより形成される。このとき、第１絶縁層２０を部分的に除去して設けられたコンタクトホールにも第２配線層２２が形成される。
【００５７】
次に、第１絶縁層２０の上面および第２配線層２２が被覆されるように、第２絶縁層２４を形成する。第２絶縁層２４の形成方法は上記した第１絶縁層２０と同様である。即ち、第１絶縁層２０の上面に、ＴＥＯＳ膜、ＳＯＧ膜およびＴＥＯＳ膜をこの順序で積層することで第２絶縁層２４が形成される。更に、第１絶縁層２０の場合と同様に、第２絶縁層２４を貫通するコンタクトホール（不図示）を形成する。
【００５８】
図４（Ｃ）を参照して、次に、第２絶縁層２４の上面に第３配線層２６を形成する。第３配線層２６の形成方法は上記した第１配線層１８および第２配線層２２と同様である。即ち、第２絶縁層２４の上面に、スパッタリング法でバリアメタル膜、金属膜および反射防止膜を順次積層させてエッチングすることにより、第３配線層２６が形成される。尚、第３配線層２６の一部分をパッド状にすることでパッド電極４２が形成される。
【００５９】
次に、第２絶縁層２４の上面および第３配線層２６が被覆されるように第３絶縁層２８を形成する。最上層に形成される第３絶縁層２８は、ジャケットコート膜やパッシベーション膜と称される。第３絶縁層２８は、ＴＥＯＳ膜を第２絶縁層２４の上面に形成した後に、このＴＥＯＳ膜の上面をＳｉＮ膜で被覆することにより形成される。ここで、ＴＥＯＳ膜は、ＣＶＤ法により４００（℃）程度に加熱された状態にて成膜される。また、ＳｉＮ膜は、プラズマＣＶＤ法により４００（℃）程度に加熱された状態にて成膜される。
【００６０】
更に、第３絶縁層２８を部分的に除去して開口部５４を設け、第３配線層２６の一部から成るパッド電極４２の上面を開口部５４から露出させる。第３絶縁層２８の部分的な除去は、ＣＨＦ３またはＣＦ４系のガスを用いたドライエッチングにより行われる。
【００６１】
図５および図６を参照して、次に、再配線４８を形成する工程を説明する。本工程は、絶縁層上に全面的に第１樹脂層３０を形成して図１（Ｂ）に示す半導体装置を構成する第１の方法と、パッドとなる部分の下方のみに第１樹脂層３０を残存させて図１（Ｃ）に示す半導体装置を構成する第２の方法がある。図５を参照して第１の方法を説明し、図６を参照して第２の方法を説明する。
【００６２】
図５の各図を参照して、図１（Ｂ）に示した構成の再配線４８を形成する第１の方法を説明する。
【００６３】
図５（Ａ）を参照して、半導体基板１２上に形成された絶縁膜１７の上面に第１樹脂層３０を形成する。ここで、この図に示す絶縁膜１７は、図４（Ｃ）に示す第３絶縁層２８に対応している。第１樹脂層３０としては熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂の両方が採用可能であり、具体的には、回転塗布法により形成されるＰＢＯ膜またはポリイミド樹脂膜等が用いられる。更にまた、第１樹脂層３０としては、これらの樹脂材料に、粒状のアルミナ等のフィラーが充填されたものが採用されても良い。ここで、形成される第１樹脂層３０の厚みは例えば１０μｍ程度である。
【００６４】
図５（Ｂ）を参照して、次に、選択的なエッチングを行うことにより、局所的に第１樹脂層３０を突起させた応力緩和部１１を形成する。具体的には、第１樹脂層３０を構成する樹脂が感光性の樹脂である場合は、応力緩和部１１に光線を照射した後に、応力緩和部１１以外の領域第１樹脂層３０を上面からアルカリ溶液で溶解して除去する。ここで、本工程の除去は厚み方向に対して部分的なものであり、応力緩和部１１以外の領域の第１樹脂層３０が薄く残存する程度に行われる。例えば、応力緩和部１１の上端が２μｍ（１μｍ以上３μｍ以下）程度、他の領域の第１樹脂層３０の上面から突起するように、本工程の除去が行われる。応力緩和部１１以外の領域の第１樹脂層３０の厚さは、例えば８μｍ（７μｍ以上９μｍ以下）程度に薄型化されており、この領域の上面は平坦面である。
【００６５】
更に、エッチングマスクを用いて第１樹脂層３０の選択的な除去を行っても良い。この場合は、応力緩和部１１に相当する部位の第１樹脂層３０の上面をエッチングマスクにより被覆した後に、アルカリ溶液等のエッチャントを用いてエッチングを行う。このことにより、第１樹脂層３０が上面から選択的に除去され、応力緩和部１１が局所的に突起する構造が得られる。また、等方性で進行するエッチングにより第１樹脂層３０を除去することで、応力緩和部１１の側面が、下方に広がるある傾斜面となる。換言すると、応力緩和部１１の断面が裾広がりな台形形状を呈している。このことにより、後の工程にて、応力緩和部１１の側面に、金属から成る再配線が容易に形成可能となる利点がある。
【００６６】
また、上記処理とは別に、パッド電極４２を被覆している部分の第１樹脂層３０を除去することで、パッド電極４２の上面を第１樹脂層３０の開口部から露出させる。
【００６７】
更にまた、上記工程では第１樹脂層３０を上面からエッチバックすることにより突起する応力緩和部１１を形成したが、他の方法により応力緩和部１１を設けることも可能である。例えば、所望の厚さの平坦な第１樹脂層３０を形成した後に、別体の樹脂から成る応力緩和部１１を第１樹脂層３０の上面にポッティング等の手法により形成しても良い。
【００６８】
図５（Ｃ）を参照して、次に、第１樹脂層３０の上面に再配線４８を形成する。上記したように、再配線４８は、応力緩和部１１の上面に形成されるパッド部４４と、このパッド部４４と半導体基板１２側のパッド電極４２とを連続させる細長い配線部１９とから構成される。また、配線部１９の一部は、第１樹脂層３０を除去して設けた開口部およびそこから露出するパッド電極４２の上面にも成膜される。
【００６９】
再配線４８の具体的な製造方法は、第１樹脂層３０の上面にメッキ用金属層を形成した後に、このメッキ用金属層にＣｕメッキ層を成膜することにより形成される。ここで、メッキ用金属層は、クロム（Ｃｒ）層、Ｔｉ層またはＴｉＷ層から成る高融点金属膜に、Ｃｕ層またはニッケル（Ｎｉ）層が積層して構成される。これらのメッキ用金属層はスパッタリングにより形成される。そして、Ｃｕメッキ層は、電解メッキ法によりメッキ用金属層の表面に成膜される銅から成る。
【００７０】
ここでは、第１樹脂層３０の平坦な上面、応力緩和部１１の上面および側面に再配線４８が形成される。上記したように、応力緩和部１１の側面は下方に向かって広がる傾斜面となっているので、スパッタリングによりこの箇所に金属膜を形成することが容易となる。
【００７１】
図５（Ｄ）を参照して、次に、第１樹脂層３０の上面および再配線４８を第２樹脂層３２により被覆する。第２樹脂層３２の材料としては上記した第１樹脂層３０と同様でよく、回転塗布法により形成されるＰＢＯ膜またはポリイミド樹脂膜等が用いられる。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて部分的に第２樹脂層３２を除去することにより、パッド部４４の上面が露出される開口部１３が形成される。
【００７２】
ここで、開口部１３の下端の幅は、パッド部４４の幅よりも短く設定される。このことにより、パッド部４４の平坦部分のみが開口部１３に露出し、パッド部４４の周辺の段差が開口部１３から露出することが無くなる。このことで、形成予定の外部端子とパッド部４４とが良好に密着することになる。
【００７３】
更に、開口部１３の側面は外側（上方）に向かって広がる傾斜面となる。このことにより、開口部１３に配置される外部端子に括れが発生することが抑制され、応力作用時に於いて外部端子にクラックが発生することが防止される。
【００７４】
図６の各図を参照して、図１（Ｃ）に示した構成の再配線を形成する第２の方法を説明する。この第２の方法は、応力緩和部１１の形成方法以外は第１の方法と同様である。従って、相違点である応力緩和部１１の形成方法を中心に説明し、重複する説明は割愛する。
【００７５】
図６（Ａ）を参照して、先ず、絶縁膜１７の上面を第１樹脂層３０により被覆する。上記の説明では、第１樹脂層３０の厚みは１０μｍ程度であったが、本工程では形成予定の応力緩和部と同程度（２μｍ（１μｍ以上３μｍ以下））でよい。
【００７６】
図６（Ｂ）を参照して、次に、パッド部が形成される部分のみを残して第１樹脂層３０を除去することにより、応力緩和部１１を形成する。第１樹脂層３０の部分的な除去は第１の方法と同様でよい。本工程により、応力緩和部１１の以外の領域では、絶縁膜１７が露出することとなる。ここで、応力緩和部１１の形成方法としては、絶縁膜１７を全面的に被覆する第１樹脂層３０から応力緩和部１１を形成するのではなく、図６（Ｂ）に示す形状の樹脂材料を絶縁膜１７の上面に成形するのみでも良い。
【００７７】
図６（Ｃ）を参照して、次に、パッド部４４および配線部１９から成る再配線４８を形成する。パッド部４４は応力緩和部１１の平坦な上面に形成され、配線部１９は絶縁膜１７の上面に直に形成される。
【００７８】
図６（Ｄ）を参照して、次に、再配線４８および絶縁膜１７の上面を第２樹脂層３２により被覆する。更に、パッド部４４が配置された箇所の第２樹脂層３２を除去して開口部１３を設けることにより、パッド部４４の上面を開口部１３から露出させる。
【００７９】
上記工程が修了した後は、図６（Ｄ）を参照して、開口部１３から露出するパッド部４４に、粉末状の半田とフラックスとの混合物である半田クリームを塗布した後に、半田クリームを溶融させることで外部端子が形成される。
【００８０】
最後に、図３（Ａ）に示す半導体ウェハ５０を小片化してＷＬＰである半導体装置を得る。具体的には、高速で回転するダイシングソーを用いてスクライブライン５２に沿って、半導体基板１２およびその上面に積層された各層を切断する。
【００８１】
上記工程により、図１に構造を示す半導体装置１０が製造される。
【符号の説明】
【００８２】
１０      半導体装置
１１      応力緩和部
１２      半導体基板
１３      開口部
１４      素子形成領域
１５      配線層
１６      酸化膜
１７      絶縁膜
１８      第１配線層
１９      配線部
２０      第１絶縁層
２２      第２配線層
２４      第２絶縁層
２６      第３配線層
２８      第３絶縁層
３０      第１樹脂層
３２      第２樹脂層
３４      スクライブ領域
３６      実装基板
３８      導電路
４２      パッド電極
４４      パッド部
４６      外部端子
４８      再配線
５０      半導体ウェハ
５２      スクライブライン
５４      開口部
【図１】
2011035143.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2011035143.tif 000006
【図５】
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【図６】
2011035143.tif 000008
【図７】
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