(57)【要約】【課題】バンプを介した接合部分の強度を確保可能とすることで高い信頼性を備える半導体装置及びその製造方法を提供すること。【解決手段】半導体基板１０に形成された電極パッド１２と、電極パッド１２の位置に形成されたパッド開口を備える保護層を構成するパッシベーション膜１３及び緩衝層１４と、パッド開口に形成され、電極パッド１２に電気的に接続されたバンプ２１と、バンプ２１との間に間隔が設けられ、金属層である通電層１６を介して保護層上に形成された樹脂層１８と、を有し、樹脂層１８は、接着性樹脂材料を用いて構成される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成された電極パッドと、
前記電極パッドの位置に形成されたパッド開口を備える保護層と、
前記パッド開口に形成され、前記電極パッドに電気的に接続されたバンプと、
前記バンプとの間に間隔が設けられ、金属層を介して前記保護層上に形成された樹脂層と、を有し、
前記樹脂層は、接着性樹脂材料を用いて構成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記バンプ及び前記金属層の間に充填された絶縁性部材を有す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】
半導体基板に電極パッドを形成し、
前記電極パッドの位置にパッド開口を備える保護層を形成し、
前記保護層及び前記パッド開口を被覆する通電層を形成し、
前記通電層の上に樹脂層を形成し、
前記樹脂層をパターニングし、
前記樹脂層をマスクとする電解めっき処理により、前記通電層の上にバンプ材層を形成し、
前記樹脂層を所望の膜厚だけ後退させることにより、前記樹脂層及び前記バンプ材層の間に前記通電層を露出させる隙間を形成し、
前記隙間に露出させた部分の前記通電層を除去した後、前記バンプ材層をリフローすること、を含み、
接着性樹脂材料を用いて前記樹脂層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記接着性樹脂材料は、感光性を備えることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
電極パッドを備える半導体基板上に、パッド開口を介して前記電極パッドと接続する通電層を形成し、
前記通電層の上に樹脂層を形成し、
前記樹脂層をパターニングし、
前記樹脂層をマスクとする電解めっき処理により、前記通電層の上にめっき層を形成し、
前記樹脂層を所望の膜厚だけ後退させることにより、前記樹脂層及び前記めっき層の間に前記通電層を露出させる隙間を形成し、
前記隙間に露出させた部分の前記通電層を除去する、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、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化、多機能化等の要求に伴い、半導体装置には高密度実装が求められている。半導体装置の実装密度を向上させるために、例えば、半導体チップを積層させる構成が採用されている。半導体チップの積層に関しては、例えば、バンプを介して半導体チップ同士を電気的に接続させ、半導体チップ同士の間を樹脂等の封入材により封止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。半導体チップ同士の封止は、一般に、バンプを介して半導体チップ同士を接合させた隙間に封止樹脂を充填させ、硬化させることにより行われる。封止樹脂は、半導体チップ同士の隙間における毛管作用を利用して注入される。半導体チップの接合後に封止樹脂を充填させる場合、半導体装置の構造の微細化により半導体チップ同士の間隔が小さくなるほど、封止樹脂を十分に入り込ませることが困難になる。封止樹脂の充填が不十分となると、バンプを介した接合部分の強度が不十分となることで半導体装置の信頼性が低下するという問題を生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６１０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、高い信頼性を備える半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明の一態様によれば、半導体基板に形成された電極パッドと、前記電極パッドの位置に形成されたパッド開口を備える保護層と、前記パッド開口に形成され、前記電極パッドに電気的に接続されたバンプと、前記バンプとの間に間隔が設けられ、金属層を介して前記保護層上に形成された樹脂層と、を有し、前記樹脂層は、接着性樹脂材料を用いて構成されることを特徴とする半導体装置が提供される。
【０００６】
また、本願発明の一態様によれば、半導体基板に電極パッドを形成し、前記電極パッドの位置にパッド開口を備える保護層を形成し、前記保護層及び前記パッド開口を被覆する通電層を形成し、前記通電層の上に樹脂層を形成し、前記樹脂層をパターニングし、前記樹脂層をマスクとする電解めっき処理により、前記通電層の上にバンプ材層を形成し、前記樹脂層を所望の膜厚だけ後退させることにより、前記樹脂層及び前記バンプ材層の間に前記通電層を露出させる隙間を形成し、前記隙間に露出させた部分の前記通電層を除去した後、前記バンプ材層をリフローすること、を含み、接着性樹脂材料を用いて前記樹脂層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００７】
また、本願発明の一態様によれば、電極パッドを備える半導体基板上に、パッド開口を介して前記電極パッドと接続する通電層を形成し、前記通電層の上に樹脂層を形成し、前記樹脂層をパターニングし、前記樹脂層をマスクとする電解めっき処理により、前記通電層の上にめっき層を形成し、前記樹脂層を所望の膜厚だけ後退させることにより、前記樹脂層及び前記めっき層の間に前記通電層を露出させる隙間を形成し、前記隙間に露出させた部分の前記通電層を除去する、ことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高い信頼性を備える半導体装置を得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の手順を示す断面模式図である（その１）。
【図２】図２は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の手順を示す断面模式図である（その２）。
【図３】図３は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の手順を示す断面模式図である（その３）。
【図４】図４は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の手順を示す断面模式図である（その４）。
【図５】図５は、第１の実施の形態の変形例に係る製造方法の手順を示す断面模式図である。
【図６】図６は、第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の手順を示す断面模式図である（その１）。
【図７】図７は、第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の手順を示す断面模式図である（その２）。
【図８】図８は、第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の手順を示す断面模式図である（その３）。
【図９】図９は、第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の手順を示す断面模式図である（その４）。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法を詳細に説明する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１から図４は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の手順を示す断面模式図である。図１の（ａ）に示す工程では、半導体基板１０の電極形成面に層間絶縁膜１１及び電極パッド１２を形成する。ここでは、層間絶縁膜１１の開口に形成された電極パッド１２と、層間絶縁膜１１上に形成された電極パッド１２とを例示している。パッシベーション膜１３は、層間絶縁膜１１及び電極パッド１２の上に形成される。
【００１２】
（ｂ）に示す工程では、パッシベーション膜１３の上に緩衝層１４を形成する。緩衝層１４は、例えばポリイミド系樹脂材料で構成されている。次に、パッシベーション膜１３及び緩衝層１４をパターニングすることにより、電極パッド１２の一部が露出するようなパッド開口１５を形成する。パッシベーション膜１３及び緩衝層１４は、保護層を構成する。保護層は、パッシベーション膜１３及び緩衝層１４の少なくとも一方を備えるものであれば良い。（ｃ）に示す工程では、緩衝層１４及びパッド開口１５を被覆する通電層１６を形成する。通電層１６は、金属部材により構成される金属層であって、例えば、銅（Ｃｕ）や、チタン（Ｔｉ）/Ｃｕによって構成されている。電極パッド１２の上面及びパッド開口１５の壁面を通電層１６が覆う部分は、凹部１７を構成する。
【００１３】
図２の（ｄ）に示す工程では、通電層１６の上に樹脂層１８を形成する。さらに、形成された樹脂層１８をパターニングすることにより、樹脂層１８に開口１９を形成する。樹脂層１８は、フォトリソグラフィ技術によりパターニングする。樹脂層１８に開口１９を形成することにより、通電層１６のうち凹部１７及びその周辺部分を露出させる。樹脂層１８は、接着性樹脂材料を用いて形成される。接着性樹脂材料としては、例えば、加熱により接着力を持つ熱可塑性樹脂材料を使用する。
【００１４】
樹脂層１８は、接着性と併せて感光性を持つ樹脂材料により構成することとしても良い。感光性を持つ樹脂材料により樹脂層１８を構成する場合、樹脂層１８自体の露光及び現像により樹脂層１８をパターニングする。この他、樹脂層１８の上にレジストを形成し、レジストをマスクとするエッチング処理によって樹脂層１８をパターニングすることとしても良い。
【００１５】
（ｅ）に示す工程では、電解めっき処理により、樹脂層１８をマスクとして通電層１６上にバンプ材層２０を形成する。バンプ材層２０の材料としては、スズ（Ｓｎ）や、Ｃｕ／Ｓｎ等の半田材料を用いる。（ｆ）に示す工程では、樹脂層１８を所望の膜厚だけ後退させる。樹脂層１８の後退は、例えば、アルカリ性水溶液への浸漬、及びアッシングにより行う。樹脂層１８の後退は、アルカリ性水溶液への浸漬、及びアッシングのうちの一方のみにより行うこととしても良い。アルカリ性水溶液への浸漬は、樹脂層１８のうちバンプ材層２０側の面に薬液を入り込ませることで、特に、樹脂層１８の側面の後退を促進させるという利点がある。アッシングは、樹脂層１８の表面が薬液により変質し、樹脂層１８の接着性が低下する場合に、変質した表面を除去することで十分な接着性を持たせるのに効果的である。本工程での樹脂層１８の後退により、樹脂層１８とバンプ材層２０との間に間隔が設けられる。樹脂層１８及びバンプ材層２０の間に形成される隙間において、通電層１６を露出させる。
【００１６】
図３の（ｇ）に示す工程では、樹脂層１８及びバンプ材層２０の間の隙間に露出させた部分の通電層１６をエッチングにより除去する。（ｇ）に示す工程における通電層１６の除去後、（ｈ）に示す工程では、バンプ材層２０や通電層１６における半田材料をリフローさせることにより、凸形状のバンプ２１を形成する。（ｈ）までの工程により形成された構造体において、樹脂層１８は、通電層１６を介して緩衝層１４上に形成されている。バンプ２１は、通電層１６を介して電極パッド１２に電気的に接続されている。樹脂層１８の下の通電層１６とバンプ２１の下の通電層１６とは、間隔が設けられることで互いに絶縁される。
【００１７】
図４の（ｉ）に示す工程では、（ｈ）までの工程により形成された構造体同士を接合させる。ここでは、両構造体のバンプ２１同士を半田付けするとともに、樹脂層１８同士を当接させる。両構造体は、バンプ２１同士の半田付けと、接着性を持つ樹脂層１８同士の接着及び硬化と、により互いに接合される。（ｆ）に示す工程において残存させる樹脂層１８の厚みは、（ｉ）に示す工程において樹脂層１８同士が十分圧着可能であるように設定される。以上の工程を経ることにより、（ｉ）に示す構造を持つ半導体装置が製造される。
【００１８】
樹脂層１８の材料としては、例えば、接着性及び感光性を備えるポリイミド系樹脂が使用される。この他、樹脂層１８の材料としては、例えば、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ベンゾシクロブテン等を使用しても良い。樹脂層１８の材料は、少なくとも接着性を備えるものであれば良く、本実施の形態で説明するものに限られない。
【００１９】
本実施の形態で製造される半導体装置は、バンプ材層２０の形成の際のマスクとして使用される樹脂層１８を除去せず、そのままスペーサとして利用する。樹脂層１８をスペーサとすることにより、半導体チップ同士の接合後に封止樹脂を充填させる工程が不要となる。このため、半導体チップ同士の間隔が小さい場合であっても樹脂層１８同士を接着させることで、バンプ２１を介した接合部分の十分な強度を確保できる。これにより、バンプ２１を介した接合部分の強度を確保可能とし、高い信頼性を持つ半導体装置を得られるという効果を奏する。また、本実施の形態で製造される半導体装置では、樹脂層１８とともに、樹脂層１８の下の通電層１６も残存させる。樹脂層１８の下に残存させた通電層１６は、例えば、半導体装置から熱を放散させる放熱部材として機能させることとしても良い。
【００２０】
本実施の形態に係る製造方法は、図３の（ｈ）までの工程により形成された構造体同士を接合させる場合に限られない。少なくとも、接合させる構造体のうちの一方が、（ｈ）までの工程を経て形成されたものであれば良い。（ｈ）までの工程により形成された構造体と接合させる構造体は、バンプ２１に接合させるパッド等を少なくとも有するものであれば良く、いずれの構成の半導体チップや実装基板であっても良い。また、構造体同士は、双方に設けられた樹脂層１８を接合させる場合に限られず、一方の構造体に設けられた樹脂層１８を用いて接合させることとしても良い。樹脂層１８の厚さは、半導体装置の構成に応じて適宜設定される。
【００２１】
図５は、本実施の形態の変形例に係る製造方法の手順を示す断面模式図である。（ｈ１）に示す工程では、図３に示す（ｈ）までの工程により形成された構造体の表面に絶縁性部材２２を塗布し、バンプ２１及び通電層１６の積層部分と、樹脂層１８及び通電層１６の積層部分との間に絶縁性部材２２を充填させる。絶縁性部材２２は、例えば、低粘度で容易に流動可能な樹脂材料を用いる。充填させた絶縁性部材２２が硬化した後、（ｈ２）に示す工程において、アッシングによりバンプ２１の表面の絶縁性部材２２を除去する。
【００２２】
絶縁性部材２２を充填させることにより、バンプ２１及び通電層１６の積層部分と、樹脂層１８及び通電層１６の積層部分との隙間へのダスト等の入り込みを防ぐ。これにより、樹脂層１８の下の通電層１６と、バンプ２１及びその下の通電層１６との間におけるショートを防ぐことが可能となる。バンプ２１の表面の絶縁性部材２２を除去することにより、バンプ２１同士の間への絶縁性部材２２の入り込みを防ぎ、バンプ２１同士の電気的な接続を確保できる。なお、絶縁性部材２２は、リフローの際に樹脂層１８を溶融させたものとしても良い。
【００２３】
（第２の実施の形態）
図６から図９は、第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の手順を示す断面模式図である。本実施の形態により製造される半導体装置は、例えば、固体撮像素子（図示省略）を含めて構成される。図６の（ａ）に示す工程では、半導体基板３０の第１面側にフィルタ層３１及び電極パッド３２を形成する。固体撮像素子は、半導体基板３０の第１面側に設けられる。フィルタ層３１は、例えば、ＲＧＢの画素に応じたカラーフィルタやパッシベーション膜を含む。電極パッド３２は、フィルタ層３１中に設けられる。電極パッド３２は、固体撮像素子と電気的に接続されている。
【００２４】
（ｂ）に示す工程では、半導体基板３０のうち電極パッド３２上の位置に貫通ビア３３を形成する。貫通ビア３３は、半導体基板３０のうち第１面とは反対側の第２面から、レジストをマスクとするエッチングを施すことにより形成する。半導体基板３０に貫通ビア３３を形成することにより、フィルタ層３１のうち電極パッド３２上の部分を露出させる。
【００２５】
（ｃ）に示す工程では、半導体基板３０の第２面側及び貫通ビア３３を被覆する絶縁層３４を形成する。フィルタ層３１の露出部分及び貫通ビア３３の壁面を絶縁層３４が覆う部分は、凹部３５を構成する。（ｄ）に示す工程では、凹部３５の底部分の絶縁層３４を除去し、その下のフィルタ層３１を除去して、フィルタ層３１にパッド開口を形成する。これにより、凹部３５の底部にて電極パッド３２を露出させる。図７の（ｅ）に示す工程では、絶縁層３４及びパッド開口を被覆する通電層３６を形成する。通電層３６は、金属部材により構成される金属層であって、例えば、ＣｕやＴｉ/Ｃｕによって構成されている。電極パッド３２及び通電層３６は、フィルタ層３１に形成されたパッド開口を介して互いに接続される。電極パッド３２の上面及び凹部３５の壁面を通電層３６が覆う部分は、凹部３７を構成する。
【００２６】
（ｆ）に示す工程では、通電層３６の上に、樹脂材料からなる樹脂層３８を形成する。さらに、形成された樹脂層３８をパターニングすることにより、樹脂層３８に開口３９を形成する。樹脂層３８は、フォトリソグラフィ技術によりパターニングする。樹脂層３８に開口３９を形成することにより、通電層３６のうち凹部３７を含む一部を露出させる。
【００２７】
（ｇ）に示す工程では、電解めっき処理により、樹脂層３８をマスクとして通電層３６の上にめっき層４０を形成する。めっき層４０は、再配線を構成する。図８の（ｈ）に示す工程では、樹脂層３８を所望の膜厚だけ後退させる。樹脂層３８の後退は、第１の実施の形態と同様に、例えば、アルカリ性水溶液への浸漬、及びアッシングの少なくとも一方により行う。本工程での樹脂層３８の後退により、樹脂層３８及びめっき層４０の間に、通電層３６が露出された隙間が形成される。
【００２８】
（ｉ）に示す工程では、樹脂層３８及びめっき層４０の間の隙間に露出させた部分の通電層３６をエッチングにより除去する。（ｊ）に示す工程では、（ｉ）までの工程により形成された構造体のうちめっき層４０及び樹脂層３８が形成された側の全体にさらに樹脂層４１を形成する。（ｉ）において通電層３６を除去した部分に樹脂層４１を入り込ませることで、めっき層４０及び通電層３６の積層部分と、樹脂層３８の下の通電層３６との間におけるショートを防ぐことが可能となる。電解めっき処理の際のマスクとして使用された樹脂層３８と、本工程において形成される樹脂層４１とは、一体となって、半導体基板３０の第２面側に形成される配線等の保護や絶縁に用いられる。なお、電解めっき処理の際のマスクとした樹脂層３８を予め除去してから、本工程の樹脂層４１を形成することとしても良い。
【００２９】
次に、樹脂層４１をパターニングすることにより、めっき層４０の一部が露出するような開口４２を形成する。図９の（ｋ）に示す工程では、めっき層４０のうち開口４２により露出された部分に半田ボール４３をマウントする。以上の工程を経ることにより、（ｋ）に示す構造を持つ半導体装置が製造される。通電層３６、めっき層４０及び半田ボール４３は、電極パッド３２との電気的な接続を半導体基板３０の第２面側まで引き出す貫通電極として機能する。半田ボール４３は、外部接続端子として機能する。
【００３０】
本実施の形態で製造される半導体装置では、樹脂層３８の下の通電層３６を残存させる。樹脂層３８の下に残存させた通電層３６は、例えば、光を遮るための遮光部材として機能させることが可能である。このため、別途遮光部材を設けなくても、半導体装置の所望の領域における遮光が可能となる。通電層３６での遮光により、半導体基板３０の第２面から固体撮像素子への光の入射を防ぎ、ゴーストの発生や配線パターンの写り込み等の回避が可能となる。また、樹脂層３８の下に残存させた通電層３６は、半導体装置から熱を放散させる放熱部材として機能させることとしても良い。
【符号の説明】
【００３１】
１０、３０  半導体基板、１２、３２  電極パッド、１５  パッド開口、１６、３６  通電層、１８、３８  樹脂層、２０  バンプ材層、２１  バンプ、２２  絶縁性部材、４０  めっき層、４３  半田ボール。
【図１】
2011054805.tif 000003
【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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