(57)【要約】【課題】半導体装置の再配線層において配線を狭ピッチ化して隣接する配線間距離が著しく近接しても、配線間でイオンマイグレーションを効果的に抑制する。【解決手段】一方の主面１１ａに半導体デバイスおよび電極１１ｃが設けられた半導体基板１１と、一方の主面１１ａの上に形成された層間絶縁層１２と、層間絶縁層１２上において個々の配線パターンに沿って複数形成されたポリイミドからなる樹脂パターン部１３と、樹脂パターン部１３の上にそれぞれ形成された再配線層１４と、再配線層１４の上を封止する封止絶縁層１５とを有し、樹脂パターン部１３の側面１３ａが、配線パターンの長手方向に垂直な断面において凹凸状とされている。【選択図】図１
2011035353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面に半導体デバイスおよび電極が設けられた半導体基板と、
前記半導体基板の一方の主面の上に形成された層間絶縁層と、
前記層間絶縁層上において個々の配線パターンに沿って複数形成されたポリイミドからなる樹脂パターン部と、
前記樹脂パターン部の上にそれぞれ形成された再配線層と、
前記再配線層の上を封止する封止絶縁層とを有し、
前記樹脂パターン部の側面が、配線パターンの長手方向に垂直な断面において凹凸状とされていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
一方の主面に半導体デバイスおよび電極が設けられた半導体基板の前記一方の主面の上に層間絶縁層を形成する工程と、
前記層間絶縁層の上に樹脂パターン部形成用樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂パターン部形成用樹脂層の上に個々の配線パターンに沿って再配線層を形成する再配線層形成工程と、
前記再配線層をエッチングマスクとして、水酸化カリウムを主成分とするエッチング液を用いて、前記樹脂パターン部形成用樹脂層が個々の配線パターンに沿って複数形成された樹脂パターン部となるように前記樹脂パターン部形成用樹脂層をエッチングし、前記樹脂パターン部の側面を、配線パターンの長手方向に垂直な断面において凹凸状とする工程と、
前記再配線層の上を封止する封止絶縁層を形成する工程と、
を有することを特徴とする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、再配線層を有する半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体パッケージとしては、いわゆるＣＳＰ（チップスケールパッケージまたはチップサイズパッケージ）と呼ばれるパッケージ構造が急速に普及しつつある。このパッケージ構造は、一般に、パッケージの平面な表面に電極を平面状に配置する、いわゆるＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）技術を採用している。そのため、半導体チップを従来よりも小さい面積で電子回路基板上に高密度実装することが可能であり、電子機器の小型軽量化に大きく貢献することができる。
【０００３】
しかし、半導体装置の小型化が進むことにより、再配線層として引き回される配線の微細化が必要になる。それによって配線間における電気的な短絡の可能性が高くなることが考えられる。そのため、配線間での電気的な短絡を防止することが、信頼性の高い半導体装置を提供する上で重要といえる。
【０００４】
半導体装置の小型化のためには、配線の狭ピッチ化が必要になり、隣接する配線間距離が著しく近接する。それにより、配線間でイオンマイグレーションが発生し、電気的な短絡を引き起こす可能性が高くなることが予想される。
【０００５】
特許文献１には、相互に電気的に接続しないように形成された複数の導電部は、それぞれ間隔をあけて配置されてなる複数の樹脂部の上に形成されてなる半導体装置が記載されている。この半導体装置によれば、隣り合う２つの導電部の間の、部材表面の距離を長くして、マイグレーションを原因とするショートが発生しにくい、とされている。
【０００６】
特許文献２には、相互に電気的に接続しないように形成された複数の導電部は、一定の領域を区画するように形成された複数の樹脂壁によって、それぞれ別に囲まれてなる半導体装置が記載されている。この半導体装置によれば、樹脂壁が導電部を囲むように形成されているので、マイグレーションを原因とする電気的なショートが発生しにくい、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３１３８３２号公報
【特許文献２】特開２００６−３３２１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の場合、樹脂部が導電部より広く形成され、樹脂部の側面がなだらかな斜面となるので、樹脂部の広さが狭ピッチ化の妨げとなる。
また、特許文献２の場合も、樹脂壁が導電部を囲むように形成されているので、導電部の周囲の樹脂壁が狭ピッチ化の妨げとなる。
さらに、特許文献１の場合、樹脂部の側面がなだらかな斜面となるので、樹脂部の高さの割には、隣り合う２つの導電部の間の部材表面の距離が長くならず、マイグレーションを抑制する効果が低下する。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、半導体装置の再配線層において配線を狭ピッチ化して隣接する配線間距離が著しく近接しても、配線間でイオンマイグレーションを効果的に抑制することが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明は、一方の主面に半導体デバイスおよび電極が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の一方の主面の上に形成された層間絶縁層と、前記層間絶縁層上において個々の配線パターンに沿って複数形成されたポリイミドからなる樹脂パターン部と、前記樹脂パターン部の上にそれぞれ形成された再配線層と、前記再配線層の上を封止する封止絶縁層とを有し、前記樹脂パターン部の側面が、配線パターンの長手方向に垂直な断面において凹凸状とされていることを特徴とする半導体装置を提供する。
【００１１】
また、本発明は、一方の主面に半導体デバイスおよび電極が設けられた半導体基板の前記一方の主面の上に層間絶縁層を形成する工程と、前記層間絶縁層の上に樹脂パターン部形成用樹脂層を形成する工程と、前記樹脂パターン部形成用樹脂層の上に個々の配線パターンに沿って再配線層を形成する再配線層形成工程と、前記再配線層をエッチングマスクとして、水酸化カリウムを主成分とするエッチング液を用いて、前記樹脂パターン部形成用樹脂層が個々の配線パターンに沿って複数形成された樹脂パターン部となるように前記樹脂パターン部形成用樹脂層をエッチングし、前記樹脂パターン部の側面を、配線パターンの長手方向に垂直な断面において凹凸状とする工程と、前記再配線層の上を封止する封止絶縁層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、樹脂パターン部の側面が、配線パターンの長手方向に垂直な断面において凹凸状とされているので、配線が狭ピッチ化されても、層間絶縁層と封止絶縁層との界面に沿う配線間距離が長くなり、イオンマイグレーションを効果的に抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は本発明の半導体装置の第１形態例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ部の部分拡大図である。
【図２】層間絶縁層および樹脂パターン部形成用樹脂層を有する半導体基板の一例を示す断面図である。
【図３】（ａ）は図２の層間絶縁層の上に再配線層が形成された状態の一例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図４】（ａ）は図３の樹脂パターン部形成用樹脂層がエッチングされて樹脂パターン部が形成された状態の一例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図、（ｃ）は（ｂ）のＥ部の部分拡大図である。
【図５】ポリイミド層をエッチングした後の側面の状態の一例を示す顕微鏡写真である。
【図６】従来例の半導体装置の配線に垂直な方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１に、本発明の半導体装置の１形態例を示す。
図１（ａ）に示すように、本形態例の半導体装置１０の概略構成は、一方の主面１１ａに半導体デバイス（図示せず）および電極１１ｃが設けられた半導体基板１１と、半導体基板１１の一方の主面１１ａの上に形成された層間絶縁層１２と、層間絶縁層１２上において個々の配線パターンに沿って複数形成されたポリイミドからなる樹脂パターン部１３と、樹脂パターン部１３の上にそれぞれ形成された複数の再配線層１４と、再配線層１４の上を封止する封止絶縁層１５とを有するものである。
【００１５】
そして、本形態例の半導体装置１０は、図１（ｃ）に示すように、樹脂パターン部１３の側面１３ａが凹凸状とされていることを特徴とする。本発明における凹凸状とは、配線に垂直な断面上に凹凸が現れる形状である。例えばスジ状あるいはパイ生地状など、凹凸状を構成する凹部および／または凸部が、配線の長手方向に沿って、全体的または局所的に連続していても良い。
これにより、図１（ｂ）に示すように、複数の再配線層１４が近接した箇所においても、層間絶縁層１２と封止絶縁層１５との界面に沿う配線間距離が長くなり、イオンマイグレーションを効果的に抑制することが可能になる。
【００１６】
これに対して、例えば図６に示す構造の場合、複数の再配線層１４が層間絶縁層１２の上に設けられているので、層間絶縁層１２と封止絶縁層１５との界面に沿う配線間距離は、符号ｄで示す直線距離（間隔）に等しくなる。このため、狭ピッチ化により間隔ｄが短くなると、イオンマイグレーションが起こり、電気的な短絡の可能性がある。
【００１７】
樹脂パターン部１３は、ポリイミドから構成される。ポリイミドとしては、カプトンアピカル、ユーピレックス（いずれも商品名）等に代表される非熱可塑性ポリイミド樹脂に加え、ビスマレイド樹脂やポリアミドイミド樹脂のような熱硬化型材料、またオーラム（商品名）等の熱可塑性ポリイミド並びにこれらを組み合わせて積層した複合材料を含むものである。
【００１８】
樹脂パターン部１３の側面１３ａを凹凸状とする方法としては、水酸化カリウムを主成分とするエッチング液を用いたウェットエッチングが挙げられる。例えば、約６０〜８０℃に加熱した濃度１０〜４０％で有機溶媒や有機アミンを加えた高濃度の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に浸漬する方法を採用することができる。熱い強アルカリ液により、ポリイミド層の側面は、ポリイミドの層状分子構造を反映してパイ生地の破断面に似た凹凸を有する粗面となる（図４（ｃ）の模式図および図５の写真を参照）。
液温やアルカリ濃度を調整することで、エッチングの進行速度や仕上がり粗さを調節することができる。水酸化カリウム（ＫＯＨ）に替えて水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を用いても同様の作用が得られる。
【００１９】
樹脂パターン部１３は、その側面１３ａに沿ってイオンマイグレーションの経路が長尺化される。図１（ｂ）に示すように、配線の長手方向に垂直な方向の断面において隣接する樹脂パターン部１３同士の間隔が配線同士の間隔より長くなると、経路が長尺化されるため、樹脂パターン部１３の幅が配線幅ｗより小さいことが好ましい。樹脂パターン部１３の凹凸形状や傾斜等により樹脂パターン部１３の幅が明瞭でない場合には、樹脂パターン部１３全体が再配線層１４の下側に位置する（つまり、樹脂パターン部１３の側面１３ａが再配線層１４の側面より内側に位置する）ことが好ましい。
配線幅ｗにも依存するが、再配線層１４をエッチングマスクとしたときのサイドエッチングが１μｍ以上あると好ましい。また、サイドエッチング幅が配線幅ｗの２５％以下であると、樹脂パターン部１３の幅が配線幅ｗの半分以上となり、樹脂パターン部１３上に再配線層１４を支持する安定性などの観点から、好ましい。
樹脂パターン部１３の側面１３ａは、ほぼ垂直でも、傾斜していても構わない。側面１３ａが傾斜している場合、再配線層１４に近づくほど樹脂パターン部１３の幅が増大しても、または幅が減少しても構わない。
配線パターンの長手方向に垂直な断面において隣接する凸部同士の間隔（あるいは凹部同士の間隔）は、特に限定されるものではないが、約１〜２μｍが好ましい。この場合は、樹脂パターン部１３の側面１３ａに凹部と凸部が少なくとも１つずつ含まれるよう、樹脂パターン部１３の厚さ（高さ）は３μｍ以上が好ましい。
樹脂パターン部１３の厚さ（高さ）の範囲内で、凸部が複数存在し、および／または、凹部が複数存在することが好ましい。
【００２０】
以下、本形態例の半導体装置１０の好ましい構成について、より詳細に説明する。
半導体基板１１は、表裏にそれぞれ主面１１ａ，１１ｂを有する。一方の主面１１ａ（図１（ａ）では上面）には、集積回路（図示せず）等の半導体デバイスおよびその電極１１ｃが設けられている。集積回路を保護するため、酸化膜や窒化膜などのパッシベーション膜（図示せず）が設けられる。
本形態例の半導体装置１０における半導体基板１１は、例えばシリコン（Ｓｉ）ウエハ等の半導体ウエハまたは該ウエハをダイシングして得られる半導体チップから構成される。電極１１ｃは、例えばＡｌパッドからなる。
【００２１】
層間絶縁層１２および封止絶縁層１５は、樹脂からなる絶縁層でも、樹脂以外の絶縁層でも構わない。配線間容量による信号遅延を抑制するため、比誘電率ｋの低い絶縁膜（いわゆるｌｏｗ−ｋ絶縁膜）であることが好ましい。ｌｏｗ−ｋ絶縁膜としては、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＯＣＨ膜、メチルシルセスキオキサン膜、ベンゾシクロブテン膜等の有機膜や、ヒドロキシシルセスキオキサン膜等の無機膜、またはこれらの膜を多孔質化したものが挙げられる。また、ｌｏｗ−ｋ絶縁膜に限定されるものではなく、その他従来公知の絶縁材料を用いることができる。
【００２２】
再配線層１４は、例えばＣｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＴｉＷ等の導体（各種の金属や合金等）からなり、その厚さは例えば０．１〜２０μｍである。再配線層１４の形成方法は、特に限定されるものではなく、例えばスパッタリング法、蒸着法、めっき法等、あるいはこれらの２つ以上の方法の組み合わせが挙げられる。また、再配線層１４が、単層の導体層でも、多層の導体層を積層したものでも良い。また、再配線層１４のパターニングには、フォトリソグラフィ技術が好適に用いられる。
【００２３】
再配線層１４による個々の配線パターンは特に限定されるものではないが、例えば図１に示すように、再配線層１４の一端部１４ａが半導体基板１１の電極１１ｃに導通され、再配線層１４の他端部１４ｃがはんだバンプ等の外部端子１６を搭載するためのランド部１４ｄとされ、その中間部が幅ｗの配線部１４ｂとされているものであっても良い。
再配線層１４の一端部１４ａが半導体基板１１の電極１１ｃに導通されるため、層間絶縁層１２には、電極１１ｃの少なくとも一部の領域に対応して開口部１２ａが設けられている。
また、外部端子１６を露呈するため、封止絶縁層１５には、ランド部１４ｄの少なくとも一部の領域に対応して開口部１５ａが設けられている。
【００２４】
外部端子１６は、半導体装置１０から構成される半導体チップを、プリント回路基板等の電子回路基板に実装するために用いることができる。外部端子１６としては、例えば図１（ａ）に示すはんだバンプの他、樹脂製突部（図示せず）に形成した端子が挙げられる。はんだバンプの形成方法としては、印刷法、めっき法、メタルジェット法、ボール搭載法等が挙げられる。例えば印刷法では、はんだペーストを印刷し、リフロー処理にて溶融させてはんだバンプとすることができる。はんだは、共晶タイプや鉛フリータイプが好適に利用できる。
【００２５】
本形態例の半導体装置１０は、例えば図２〜図４に示す方法によって製造することができる。
まず、図２に示すように、半導体基板１１の一方の主面１１ａ上に、電極１１ｃの少なくとも一部が露呈するように開口部１２ａを有する層間絶縁層１２を形成する。
この層間絶縁層１２の上には、上記樹脂パターン部１３を形成するための樹脂パターン部形成用樹脂層１７を形成する。
【００２６】
層間絶縁層１２の形成方法としては、例えば回転塗布法（スピンコート法）、印刷法、ラミネート法等が挙げられる。開口部１２ａは、例えば層間絶縁層１２を構成する絶縁体（樹脂など）の膜を全面に成膜した後にフォトリソグラフィ技術によってパターニングする等の手法で形成することができる。
【００２７】
本形態例の場合、樹脂パターン部１３は、樹脂パターン部形成用樹脂層１７の一部を用い、再配線層１４をエッチングマスクとしたエッチングにより形成する。つまり、樹脂パターン部１３は、樹脂パターン部形成用樹脂層１７と同じ材料から構成される。
樹脂パターン部形成用樹脂層１７が電極１１ｃを覆ってしまうのを防ぐため、開口部１２ａ内に樹脂パターン部形成用樹脂層１７が形成されないようにレジスト等で保護することが好ましい。樹脂パターン部形成用樹脂層１７の厚さは、上述の樹脂パターン部１３の厚さ（高さ）に対応するものであり、特に限定されるものではないが、例えば３μｍ以上が好ましい。
【００２８】
次に、図３（ａ）に示すように、層間絶縁層１２の開口部１２ａの内部から樹脂パターン部形成用樹脂層１７の上にかけて、一端１４ａが開口部１２ａ内で電極１１ｃと導通され、他端部１４ｃにランド部１４ｄが設けられた再配線層１４を形成する。
再配線層１４の形成方法は特に限定されないが、例えば次のような方法が挙げられる。まず、層間絶縁層１２の開口部１２ａの内部および樹脂パターン部形成用樹脂層１７の上に、薄い導電膜であるシード層を形成する。シード層の上にめっきレジストを形成し、再配線層１４を形成する場所を露光および現像によって開口する。次いで、Ｃｕ等を電解めっきにより所望の膜厚まで堆積させ、めっきレジストを除去した後、電解めっき層をエッチングマスクとして利用して、余分なシード層（再配線層１４を形成する場所より外側に存在する部分）をエッチング除去する。
これにより、開口部１２ａ内に形成される一端部１４ａとランド部１４ｄとなる他端部１４ｃとの間には、図３（ｂ）に示すように、樹脂パターン部形成用樹脂層１７の上に延在される配線部１４ｂが複数形成される。
【００２９】
次に、図４（ａ）に示すように、樹脂パターン部形成用樹脂層１７をエッチングする。エッチングは、水酸化カリウムや水酸化ナトリウム等の強アルカリを主成分とするエッチング液を用いたウェットエッチングが好ましい。
再配線層１４をエッチングマスクとして、ポリイミドを強アルカリでエッチングすることにより、図４（ｂ）に示すように、個々の配線パターンに沿って樹脂パターン部１３が複数形成される。また、図４（ｃ）に示すように、樹脂パターン部１３の側面１３ａが、配線パターンの長手方向に垂直な断面において凹凸状になる。
【００３０】
次に、流動性のある絶縁材料を原料に用いて層間絶縁層１２および再配線層１４の上に封止絶縁層１５を形成する。また、封止絶縁層１５を硬化させる前に、ランド部１４ｄの少なくとも一部が露呈されるように、露光および現像によりパターン形成して、開口部１５ａを形成する。さらに、この開口部１５ａ内には、はんだバンプ等の外部端子１６を形成することにより、図１に示す半導体装置１０が完成する。このようにして製造された半導体装置１０によれば、半導体チップをＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）技術によって小さい面積で電子回路基板上に高密度実装することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、再配線層を有する各種の半導体装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０…半導体装置、１１…半導体基板、１１ａ…一方の主面、１１ｂ…他方の主面、１１ｃ…電極、１２…層間絶縁層（第１絶縁層）、１３…樹脂パターン部、１３ａ…樹脂パターン部の側面、１４…再配線層、１５…封止絶縁層（第２絶縁層）、１６…外部端子、１７…樹脂パターン部形成用樹脂層。
【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６】
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【図５】
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