(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
主面と、前記主面から窪むように形成され、かつ前記半導体素子を搭載する凹部と、を有するとともに、半導体材料からなる基板と、
前記半導体素子に導通し、かつ前記基板に形成された導電層と、
前記導電層を覆う酸化金属膜と、
前記半導体素子を覆う封止樹脂と、を備え、
前記凹部は、前記基板の厚さ方向に対して直交するとともに、前記半導体素子を搭載する底面と、前記主面および前記底面につながるとともに、前記底面に対して傾斜した連絡面と、を有し、
前記導電層は、前記主面に形成された主面導電部と、前記底面に形成された底面導電部と、前記連絡面に形成された連絡面導電部と、を含み、
前記酸化金属膜のうち前記底面導電部を覆う部分は、前記底面導電部に通じる開口部を有し、
前記酸化金属膜のうち前記主面導電部を覆う部分は、前記主面導電部に通じる端子開口部を有し、
前記開口部に形成され、かつ前記底面導電部と前記半導体素子との間に介在する接合層と、前記封止樹脂から露出する部分を含む柱状部を有するとともに、前記主面導電部に導通する端子と、をさらに備え、
前記接合層は、前記開口部から前記厚さ方向に立ち上がり、
前記柱状部は、前記端子開口部に形成されていることを特徴とする、半導体装置。
【請求項２】
前記酸化金属膜は、ＣｕＯを含む金属からなる、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記酸化金属膜の厚さは、０．０５〜２μｍである、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記接合層は、Ｓｎを含む合金からなる、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記底面の平面視形状は矩形状であり、
前記連絡面は、複数の領域を含み、
前記複数の領域が前記底面の四辺に沿って形成されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記複数の領域の前記底面に対する傾斜角は、いずれも同一である、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体材料は、単結晶材料である、請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体材料は、Ｓｉである、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記主面は、（１００）面である、請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記主面、前記底面および前記連絡面に形成された絶縁膜をさらに備え、
前記絶縁膜は前記基板と前記導電層との間に介在している、請求項１ないし９のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記絶縁膜は、ＳｉＯ2からなる、請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記導電層は、積層されたバリア層、シード層およびめっき層を有し、
前記バリア層が前記絶縁膜に接して形成され、
前記シード層が前記バリア層と前記めっき層との間に介在している、請求項１０または１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記バリア層は、Ｔｉからなる、請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記めっき層の厚さは、前記シード層の厚さよりも厚い、請求項１２または１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記シード層および前記めっき層は、ともにＣｕからなる、請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記柱状部は、Ｃｕからなる、請求項１ないし１５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記端子は、パッド部を有し、
前記パッド部は、前記封止樹脂から露出している前記柱状部の部分に形成されている、請求項１ないし１６のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細加工されたシリコン基板と、当該シリコン基板に搭載された半導体素子とを備える半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩ製造技術を応用することで、シリコン基板を微細加工し、該シリコン基板に各種半導体素子を搭載した、いわゆるマイクロマシン（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）が普及しつつある。前記マイクロマシンの製造にあたっては、シリコン基板の微細加工手法として異方性エッチングが用いられている。前記異方性エッチングにより、シリコン基板に微細な凹部を精度良く形成することができ、該凹部内に各種半導体素子が搭載される。このとき、各種半導体素子と、シリコン基板に形成されたＣｕなどの導電層との導通経路の形成は、ワイヤボンディングではなく、はんだを用いたＦＣＢ（Flip Chip Bonding）による手法が一般的である。前記凹部内に各種半導体素子が搭載されることから、搭載スペースを極力小さくすることが可能なＦＣＢの方がワイヤボンディングよりも適しているからである。この場合において使用されるはんだは、人体保護および環境負荷軽減の観点から鉛フリーはんだに置き換えられつつある。ただし、鉛フリーはんだは導電層に対する濡れ性が比較的低く、液相状態（溶融時）の表面張力が従来の鉛含有はんだよりも小さいことから、十分なセルフアライメント効果が得がたいといったデメリットを有する。
【０００３】
たとえば特許文献１には、シリコン基板に形成された導電層に、鉛フリーはんだを用いたＦＣＢによる半導体素子の搭載方法が開示されている。該搭載方法は、電解めっきによって導電層側に形成された鉛フリーはんだからなる電極部と、半導体素子側に形成された電極バンプとを突き合わせた後、前記電極部を溶融させるための加熱（リフロー）を２回に分けて行う方法である。１回目の加熱では、前記電極部を流動性が低い固相液相共存状態とさせ、この状態を所定時間保持することで十分なセルフアライメント効果が得られる。２回目の加熱では、前記電極部を流動性が高い液相状態とさせることで、前記電極部および前記電極バンプが合金化する。その後、冷却させることで前記電極部が固相状態に戻り、前記半導体素子が前記シリコン基板に搭載される。
【０００４】
特許文献１に開示された搭載方法を採ることで、鉛フリーはんだを用いたＦＣＢによっても、十分なセルフアライメント効果を得ることが可能となる。ただし、該方法は、加熱を２回に分けて行う必要があり、加熱にかかる時間と温度管理を適切に行わなければならないため、製品の生産効率が低下するという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−３５１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事情に鑑み、鉛フリーはんだを用いて各種半導体素子を基板に搭載する場合であっても、十分なセルフアライメント効果を効率的に得ることが可能な半導体装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面によって提供される半導体装置は、半導体素子と、主面と、前記主面から窪むように形成された前記半導体素子を搭載する凹部と、を有し、かつ半導体材料からなる基板と、前記半導体素子に導通し、かつ前記基板に形成された導電層と、開口部を有し、かつ前記導電層を覆う酸化金属膜と、前記半導体素子と前記導電層との間に介在する接合層と、前記半導体素子を覆う封止樹脂と、を備え、前記接合層が前記開口部内に形成されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記酸化金属膜は、ＣｕＯを含む金属からなる。
【０００９】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記酸化金属膜の厚さは、０．０５〜２μｍである。
【００１０】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記接合層は、Ｓｎを含む合金からなる。  
【００１１】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記凹部は、前記半導体素子を搭載する底面と、前記主面および前記底面につながる連絡面とを有し、前記底面は前記基板の厚さ方向に対して直交し、前記連絡面は前記底面に対して傾斜している。
【００１２】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記底面の平面視形状は矩形状であり、複数の前記連絡面が前記底面の四辺に沿って形成されている。
【００１３】
本発明の実施の形態において好ましくは、複数の前記連絡面の前記底面に対する傾斜角は、いずれも同一である。
【００１４】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記半導体材料は、単結晶材料である。
【００１５】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記半導体材料は、Ｓｉである。
【００１６】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記主面は、（１００）面である。
【００１７】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記主面、前記底面および前記連絡面に形成された絶縁膜をさらに備え、前記絶縁膜は前記基板と前記導電層との間に介在している。
【００１８】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記絶縁膜は、ＳｉＯ2からなる。
【００１９】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記導電層は、互いに積層されたバリア層、シード層およびめっき層を有し、前記バリア層が前記絶縁膜に接して形成され、前記シード層が前記バリア層と前記めっき層との間に介在している。
【００２０】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記バリア層は、Ｔｉからなる。
【００２１】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記めっき層の厚さは、前記シード層の厚さよりも厚い。
【００２２】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記シード層および前記めっき層は、ともにＣｕからなる。
【００２３】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記導電層は、前記主面に形成された主面導電部と、前記連絡面に形成された連絡面導電部と、前記底面に形成された底面導電部と、を含み、前記底面導電部に前記接合層が形成されている。
【００２４】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記主面導電部に導通し、かつ前記封止樹脂から露出している柱状部を有する複数の端子をさらに備える。
【００２５】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記柱状部は、Ｃｕからなる。
【００２６】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記複数の端子は、前記封止樹脂から露出している前記柱状部の部位に形成されたパッド部をさらに有する。
【００２７】
本発明の第２の側面によって提供される半導体装置の製造方法は、主面を有した半導体材料からなる基板に、底面と前記主面および前記底面につながる連絡面とを有した凹部を、前記主面から窪むように前記基板に形成する工程と、前記凹部を含む前記基板に導電層を形成する工程と、開口部を有し、かつ前記導電層を覆う酸化金属膜を形成する工程と、前記凹部に収容されるように半導体素子を前記底面に搭載する工程と、前記半導体素子を覆う封止樹脂を形成する工程と、を備え、前記半導体素子を搭載する工程では、前記底面に形成された前記導電層と前記半導体素子との間に介在し、かつ前記開口部内に配置された導電性を有する接合材を溶融させた後に固化させることで、前記半導体素子が前記底面に搭載されることを特徴としている。
【００２８】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記酸化金属膜を形成する工程では、前記導電層の表面を酸化させることで前記酸化金属膜を生成する工程と、前記酸化金属膜に対してフォトリソグラフィによりマスクを形成する工程と、エッチングにより前記酸化金属膜の一部を除去する工程と、を含む。
【００２９】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記導電層の表面を酸化させる工程では、熱酸化法により前記導電層の表面が酸化される。
【００３０】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記エッチングは、ウェットエッチングである。
【００３１】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記接合材は、電解めっきによって析出されたＳｎを含む合金からなる。
【００３２】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記基板に前記凹部を形成する工程では、異方性エッチングにより前記凹部が形成される。
【００３３】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記半導体材料は、単結晶材料である。
【００３４】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記半導体材料は、Ｓｉである。
【００３５】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記主面は、（１００）面である。
【００３６】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記導電層を形成する工程の前に、前記凹部を含む前記基板に絶縁膜を形成する工程をさらに備える。
【００３７】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記絶縁膜を形成する工程では、熱酸化法により前記絶縁膜が形成される。
【００３８】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記導電層を形成する工程では、スパッタリング法によりバリア層およびシード層を形成する工程と、電解めっきによりめっき層を形成する工程と、を含む。
【００３９】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記半導体素子を搭載する工程の前に、前記主面に形成された導電層に導通する複数の柱状導電体を形成する工程をさらに備える。
【００４０】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記複数の柱状導電体を形成する工程では、電解めっきにより前記複数の柱状導電体が形成される。
【００４１】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記封止樹脂を形成する工程の後に、前記複数の柱状導電体のそれぞれに接するパッド層を形成する工程をさらに備える。
【００４２】
本発明の実施の形態において好ましくは、前記パッド層を形成する工程では、無電解めっきにより前記パッド層が形成される。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、前記半導体装置において、前記半導体素子と前記導電層との間に介在する前記接合層が前記酸化金属膜の前記開口部に形成されている。このような構成をとることで、前記基板に前記半導体素子を搭載する工程において、リフローにより溶融し液相状態となった前記接合材（前記接合層と同質）が、前記酸化金属膜から前記接合材の表面張力に起因した反力を受ける。該反力によって液相状態の前記接合材に変形が生じ、前記半導体素子の搭載位置が自動修復されるセルフアライメント効果が得られる。このとき、前記接合材に対するリフローは１回のみでよい。したがって、比較的濡れ性が低い鉛フリーはんだからなる前記接合材を用いて前記半導体素子を前記基板に搭載する場合であっても、十分なセルフアライメント効果を効率的に得ることが可能となる。
【００４４】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面に基づき以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる半導体装置を示す要部平面図である（絶縁膜、酸化絶縁膜および封止樹脂を省略）。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】図２の部分拡大図である。
【図６】図１の半導体装置の製造方法にかかる工程を示す断面図である。
【図７】図１の半導体装置の製造方法にかかる工程を示す断面図である。
【図８】図１の半導体装置の製造方法にかかる工程を示す断面図である。
【図９】図１の半導体装置の製造方法にかかる工程を示す断面図である。
【図１０】図９に示す工程を経たときの基板の状態を示す斜視図である。
【図１１】図１の半導体装置の製造方法にかかる工程を示す断面図である。
【図１２】図１の半導体装置の製造方法にかかる工程を示す断面図である。
【図１３】図１の半導体装置の製造方法にかかる工程を示す断面図である。
【図１４】図１の半導体装置の製造方法にかかる工程を示す断面図である。
【図１５】図１の半導体装置の製造方法にかかる工程を示す断面図である。
【図１６】図１の半導体装置の製造方法にかかる工程を示す断面図である。
【図１７】図１の半導体装置の製造方法にかかる工程を示す断面図である。
【図１８】図１７に示す工程を経たときの基板の状態を示す部分拡大斜視図である（絶縁膜、バリア層およびシード層を省略）。
【図１９】図１の半導体装置の製造方法にかかる工程を示す断面図である。
【図２０】図１の半導体装置の製造方法にかかる工程を示す断面図である。
【図２１】図１の半導体装置の製造方法にかかる工程を示す断面図である。
【図２２】図１の半導体装置の製造方法にかかる工程を示す断面図である。
【図２３】図２２に示す工程における接合材の状態を示す部分拡大断面図である。
【図２４】図１の半導体装置の製造方法にかかる工程を示す断面図である。
【図２５】図１の半導体装置の製造方法にかかる工程を示す断面図である。
【図２６】図１の半導体装置の製造方法にかかる工程を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明にかかる半導体装置の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。
【００４７】
図１〜図５に基づき、本発明の実施形態にかかる半導体装置Ａ１０について説明する。説明の便宜上、平面図の左右方向を第１方向Ｘと、第１方向Ｘに対して直角である平面図の上下方向を第２方向Ｙとそれぞれ定義する。第１方向Ｘおよび第２方向Ｙは、ともに半導体装置Ａ１０（または後述する基板１）の厚さ方向Ｚに対して直角である。
【００４８】
図１は、半導体装置Ａ１０を示す要部平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線（一点鎖線）に沿う断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。図５は、図２の部分拡大図である。なお、図１は理解の便宜上、後述する絶縁膜１５、酸化金属膜２４および封止樹脂４を省略し、後述する酸化金属膜２４の開口部２４１および端子開口部２４２を想像線（二点鎖線）で示している。
【００４９】
本実施形態の半導体装置Ａ１０は、基板１、絶縁膜１５、導電層２０、酸化金属膜２４、複数の端子２５、半導体素子３１、接合層３２および封止樹脂４を備えている。半導体装置Ａ１０は、各種電子機器の回路基板に表面実装される形式のものである。本実施形態においては、半導体装置Ａ１０は平面視矩形状である。
【００５０】
基板１は、半導体素子３１を搭載し、半導体装置Ａ１０の基礎となる部材である。基板１は、単結晶材料である半導体材料からなり、本実施形態においては、Ｓｉの単結晶材料である。図１に示すように、基板１は平面視矩形状である。基板１は、主面１１、裏面１２、側面１３および凹部１４を有する。
【００５１】
主面１１は、図２および図３に示す基板１の上面である。主面１１に複数の端子２５が形成されているため、主面１１は半導体装置Ａ１０を各種電子機器の回路基板に実装する際に利用される面である。裏面１２は、図２および図３に示す基板１の下面である。半導体装置Ａ１０が実装された際、裏面１２は上方を向く。図２および図３に示すように、主面１１および裏面１２は、ともに基板１の厚さ方向Ｚに対して直交している。主面１１および裏面１２は、基板１の厚さ方向Ｚにおいて互いに反対側を向いている。主面１１および裏面１２は、ともに平たんである。本実施形態においては、主面１１は（１００）面である。また、図１および図２に示すように、本実施形態においては、基板１には主面１１から窪む凹部１４が形成されている。凹部１４が形成されていることにより、図１に示すように、平面視において主面１１は、凹部１４を囲む枠状となっている。
【００５２】
図２および図３に示すように、側面１３は、主面１１と裏面１２との間に挟まれた、第１方向Ｘ、または第２方向Ｙの外側を向く４つの面である。本実施形態においては、複数の側面１３は、いずれも主面１１および裏面１２に対して直交している。また、複数の側面１３は、いずれも平たんである。
【００５３】
図１〜図３に示すように、凹部１４は、主面１１から窪むように形成された、半導体素子３１を搭載する部位である。凹部１４は、基板１の厚さ方向Ｚにおいて基板１を貫通していない。凹部１４は、底面１４１および連絡面１４２を有する。本実施形態においては、凹部１４は平面視矩形状である。底面１４１は、半導体素子３１が搭載される面である。底面１４１は、基板１の厚さ方向Ｚに対して直交している。底面１４１の平面視形状は矩形状であり、かつ平たんである。
【００５４】
図１〜図３に示すように、連絡面１４２は、主面１１および底面１４１につながる面である。基板１の厚さ方向Ｚにおいて、図２および図３に示す連絡面１４２の上端が主面１１につながり、図２および図３に示す連絡面１４２の下端が底面１４１につながっている。連絡面１４２は、底面１４１に対して傾斜している。本実施形態においては、連絡面１４２は４つの複数面からなる。複数の連絡面１４２が、底面１４１の四辺に沿って形成されている。ここで、本実施形態においては、主面１１を（１００）面としているため、複数の連絡面１４２はいずれも（１１１）面からなる。したがって、複数の連絡面１４２の底面１４１に対するそれぞれの傾斜角はいずれも同一であり、その角度は５４．７４°である。
【００５５】
絶縁膜１５は、図２〜図５に示すように、基板１の主面１１、底面１４１および連絡面１４２の全体を覆うように形成された、電気絶縁性を有する被膜である。絶縁膜１５は、基板１と導電層２０との間に介在している。本実施形態においては、絶縁膜１５はＳｉＯ2からなる。また、本実施形態においては、絶縁膜１５の厚さは１〜２μｍである。基板１は半導体材料であるとともに、図１に示すように、導電層２０は基板１に形成されることから、基板１において導電層２０が形成される部位は電気絶縁性を確保する必要がある。
【００５６】
導電層２０は、複数の端子２５とともに、半導体装置Ａ１０と各種電子機器の回路基板との導電経路を構成する部材である。図１に示すように、導電層２０は、基板１の主面１１、底面１４１および連絡面１４２に形成されている。また、図２、図３および図５に示すように、導電層２０は接合層３２を介して半導体素子３１に導通している。なお、図１に示すように、本実施形態においては、複数の連絡面１４２のうち導電層２０が形成されている面は第１方向Ｘに離間した一対の連絡面１４２であり、第２方向Ｙに離間した一対の連絡面１４２には導電層２０が形成されていない。
【００５７】
図２〜図５に示すように、導電層２０は絶縁膜１５に接して形成され、互いに積層されたバリア層２０１、シード層２０２およびめっき層２０３を有する。図５に示すように、バリア層２０１が絶縁膜１５に接して形成されている。本実施形態においては、バリア層２０１はＴｉからなる。また、図５に示すように、シード層２０２がバリア層２０１に接して形成され、めっき層２０３がシード層２０２に接して形成されていることから、シード層２０２がバリア層２０１とめっき層２０３との間に介在している。本実施形態においては、シード層２０２およびめっき層２０３は、ともにＣｕからなる。シード層２０２およびめっき層２０３がＣｕであることから、バリア層２０１は絶縁膜１５へのＣｕ拡散防止のために形成される。本実施形態においては、バリア層２０１の厚さは５０〜２００ｎｍである。シード層２０２は、めっき層２０３の円滑な形成を図る目的で形成される。本実施形態においては、シード層２０２の厚さは１５０〜８００ｎｍであり、めっき層２０３の厚さは３〜３０μｍである。したがって、めっき層２０３の厚さは、シード層２０２の厚さよりも厚い。
【００５８】
導電層２０は、主面導電部２１、連絡面導電部２２および底面導電部２３を含む。
【００５９】
図１に示すように、主面導電部２１は、主面１１に形成された平面視矩形状の部位である。本実施形態においては、主面導電部２１は、第２方向Ｙに延出した主面１１と連絡面１４２との交線に沿って形成されている。主面導電部２１は、前記交線において連絡面導電部２２につながっている。また、図２および図４に示すように、主面導電部２１に複数の端子２５が形成されている。
【００６０】
図１に示すように、連絡面導電部２２は、第１方向Ｘに離間した一対の連絡面１４２に形成された平面視矩形状の部位である。本実施形態においては、連絡面導電部２２は、第１方向Ｘに平行となるように形成されている。また、基板１の厚さ方向Ｚにおいて、図２に示す連絡面導電部２２の上端が主面導電部２１につながり、図２に示す連絡面導電部２２の下端が底面導電部２３につながっている。
【００６１】
図１に示すように、底面導電部２３は、底面１４１に形成された平面視矩形状の部位である。本実施形態においては、底面導電部２３は、第２方向Ｙに延出した底面１４１と連絡面１４２との交線において連絡面導電部２２につながり、該交線に沿って底面１４１の内側に向かって延出している。図２および図３に示すように、底面導電部２３に接合層３２が形成され、かつ半導体素子３１が搭載されている。
【００６２】
酸化金属膜２４は、図２〜図５に示すように導電層２０を覆う金属膜である。酸化金属膜２４は、後述する導電層８２の表面を酸化させることで形成される。したがって、本実施形態においては、導電層８２の外側に位置するめっき層２０３がＣｕからなるため、酸化金属膜２４はＣｕＯを含む金属からなる。また、本実施形態においては、酸化金属膜２４の厚さは０．０５〜２μｍである。酸化金属膜２４は、開口部２４１および端子開口部２４２を有する。図１〜図３に示すように、開口部２４１は、底面導電部２３を覆う酸化金属膜２４に形成された、平面視矩形状の部位である。図１、図２および図４に示すように、端子開口部２４２は、主面導電部２１を覆う酸化金属膜２４に形成された、平面視円形状の部位である。開口部２４１および端子開口部２４２から、ともにめっき層２０３が露出している。
【００６３】
複数の端子２５は、半導体装置Ａ１０を各種電子機器の回路基板に実装するために用いられる部材である。複数の端子２５は、いずれも主面導電部２１につながっている。複数の端子２５は、導電層２０および接合層３２を介して半導体素子３１に導通している。本実施形態においては、複数の端子２５はそれぞれ、柱状部２５１およびパッド部２５２を有する。
【００６４】
図１、図２および図４に示すように、柱状部２５１は、主面導電部２１に導通する部位である。基板１の厚さ方向Ｚにおいて、図２および図４に示す柱状部２５１の下端が主面導電部２１につながり、図２および図４に示す柱状部２５１の上端が封止樹脂４から露出している。本実施形態においては、柱状部２５１が酸化金属膜２４の端子開口部２４２内に形成されている。また、本実施形態においては、柱状部２５１の形状は円柱状であるとともに、柱状部２５１はＣｕからなる。
【００６５】
図１に示すように、パッド部２５２は、平面視矩形状の部位である。基板１の厚さ方向Ｚにおいて、パッド部２５２は、封止樹脂４から露出している図２および図４に示す柱状部２５１の上端に形成され、かつ柱状部２５１の該上端の全体に接している。また、パッド部２５２は、平面視において主面導電部２１および封止樹脂４のそれぞれの一部ずつと重なっている。本実施形態においては、パッド部２５２は、たとえば互いに積層されたＮｉ層、Ｐｄ層およびＡｕ層からなる。
【００６６】
なお、図１に示す導電層２０および複数の端子２５の配置形態は一例であり、実際の半導体装置Ａ１０における導電層２０および複数の端子２５の配置形態は、これに限定されない。
【００６７】
半導体素子３１は、図１〜図３に示すように、底面１４１に形成された底面導電部２３に接合層３２を介して搭載されている。本実施形態においては、半導体素子３１は、たとえば集積回路（ＩＣ）である。また、図５に示す半導体素子３１の下面に電極バンプ３１１が形成されている。電極バンプ３１１は、たとえばＣｕからなる。
【００６８】
接合層３２は、図２、図３および図５に示すように、半導体素子３１の電極バンプ３１１と導電層２０の底面導電部２３との間に介在している。接合層３２は、導電性を有する。接合層３２により、半導体素子３１は底面導電部２３に固着によって搭載され、かつ半導体素子３１と底面導電部２３との導通が確保される。本実施形態においては、接合層３２が酸化金属膜２４の開口部２４１内に形成されている。接合層３２は、開口部２４１から厚さ方向Ｚに立ち上がっている。また、本実施形態においては、接合層３２はＳｎを含む合金からなる。該合金として具体的には、Ｓｎ―Ｓｂ系合金、またはＳｎ―Ａｇ系合金などの鉛フリーはんだである。
【００６９】
封止樹脂４は、たとえば電気絶縁性を有する黒色のエポキシ樹脂からなる。図２〜図４に示すように、封止樹脂４は凹部１４内に充填され、かつ平面視において柱状部２５１が形成された部分を除いた主面１１を覆っている。あわせて、封止樹脂４は半導体素子３１を覆っている。封止樹脂４は、樹脂主面４１および樹脂側面４３を有する。樹脂主面４１および樹脂側面４３は、半導体装置Ａ１０においていずれも露出した面である。
【００７０】
図２〜図４に示すように、樹脂主面４１は主面１１と同方向を向く面である。樹脂主面４１は平たんである。本実施形態においては、樹脂主面４１は、図２および図４に示す複数の柱状部２５１のそれぞれの上端と面一である。また、樹脂側面４３は樹脂主面４１と絶縁膜１５との間に挟まれた、第１方向Ｘ、または第２方向Ｙの外側を向く４つの面である。複数の樹脂側面４３は、いずれも平たんである。本実施形態においては、複数の樹脂側面４３はそれぞれ、基板１の側面１３と面一である。
【００７１】
次に、図６〜図２６に基づき、半導体装置Ａ１０の製造方法の一例について説明する。図６〜図２６のうち、図１０、図１８、図２３および図２６を除く図は、半導体装置Ａ１０の製造方法にかかる工程を示す断面図である。該断面は、図２に示す断面と同一である。図１０は、図９に示す工程を経たときの後述する基板８１の状態を示す斜視図である。図１８は、図１７に示す工程を経たときの基板８１の状態を示す部分拡大斜視図である。図２３は、図２２に示す工程において、後述する接合材８３２の状態を示す部分拡大断面図である。図２６は、半導体装置Ａ１０の製造方法にかかる工程を示す平面図である。なお、図１９は、理解の便宜上、後述する絶縁膜８１５、バリア層８２１およびシード層８２２を省略している。
【００７２】
最初に、図６に示すように基板８１を用意する。基板８１は、半導体装置Ａ１０の基板１の集合体である。基板８１は、単結晶材料である半導体材料からなり、本実施形態においてはＳｉの単結晶材料である。基板８１は、主面８１１、裏面８１２およびマスク層８８１を有する。主面８１１は、図６に示す基板８１の上面である。裏面８１２は、図６に示す基板８１の下面である。主面８１１および裏面８１２は、基板８１の厚さ方向Ｚにおいて互いに反対側を向いている。主面８１１および裏面８１２は、ともに平たんである。本実施形態においては、主面８１１は（１００）面である。マスク層８８１は、主面８１１に形成されたＳｉ3Ｎ4からなる層である。マスク層８８１は、プラズマＣＶＤ法により形成される。
【００７３】
次いで、図７に示すように、マスク層８８１に対してフォトリソグラフィによりマスクを形成した後、ドライエッチングの代表例である反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）により、マスク層８８１を部分的に除去する。このとき、マスク層８８１がＳｉ3Ｎ4からなる層であれば、たとえばＣＦ4をエッチングガスとする。これにより、マスク層８８１には、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙのそれぞれに離間した複数の開口部が形成される。前記複数の開口部からそれぞれ、主面８１１が露出する。前記複数の開口部は、いずれも平面視矩形状（図示略）である。なお、図７は、ある一つの前記開口部の断面を示している。
【００７４】
次いで、図８に示すように、主面８１１から窪むように、基板８１に凹部８１４を形成する。凹部８１４が、半導体装置Ａ１０の凹部１４に相当する。凹部８１４は、平面視矩形状の底面８１４ａと、主面８１１および底面８１４ａにつながる連絡面８１４ｂとを有する。本実施形態においては、連絡面８１４ｂは、底面８１４ａの四辺に沿って形成された４つの複数面で、図８に示す複数の連絡面８１４ｂのそれぞれの下端は、底面８１４ａにつながっている。また、図８に示す複数の連絡面８１４ｂのそれぞれの上端は、主面８１１につながっている。凹部８１４は、アルカリ溶液を用いた異方性エッチングにより形成される。前記アルカリ溶液は、たとえばＫＯＨ（水酸化カリウム）溶液、またはＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）溶液である。本実施形態においては、主面８１１を（１００）面としているため、複数の連絡面８１４ｂはいずれも（１１１）面からなる。該工程により、マスク層８８１に形成された前記複数の開口部のそれぞれにおいて、凹部８１４が形成される。
【００７５】
次いで、図９に示すように、マスク層８８１がＳｉ3Ｎ4からなる層であれば、たとえばＣＦ4をエッチングガスとした反応性イオンエッチング、または加熱リン酸溶液を用いたウェットエッチングにより、主面８１１に形成されたマスク層８８１を全て除去する。図１０は、マスク層８８１を全て除去したときの基板８１の状態を斜視図として示したものである。図１０に示すように、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙのそれぞれに離間した複数の凹部８１４が、主面８１１が窪むように基板８１に形成される。参考に、基板８１における半導体装置Ａ１０の基板１に相当する範囲を、図１０に想像線（二点鎖線）で示す。
【００７６】
次いで、図１１に示すように、凹部８１４を含む基板８１に絶縁膜８１５を形成する。絶縁膜８１５が、半導体装置Ａ１０の絶縁膜１５に相当する。本実施形態においては、絶縁膜８１５はＳｉＯ2からなり、その厚さは１〜２μｍである。絶縁膜８１５は、主面８１１に加え、凹部８１４を構成する底面８１４ａおよび連絡面８１４ｂを熱酸化法により酸化させることで形成される。
【００７７】
次いで、凹部８１４を含む基板８１に導電層８２を形成する。導電層８２を形成する工程では、バリア層８２１およびシード層８２２を形成する工程と、めっき層８２３を形成する工程とを含む。
【００７８】
まず、図１２に示すように、基板８１にバリア層８２１およびシード層８２２をそれぞれ形成する。バリア層８２１およびシード層８２２の形成範囲は、絶縁膜８１５の形成範囲と同一である。先に、絶縁膜８１５に接するバリア層８２１を形成し、その後、バリア層８２１に接するシード層８２２を形成する。バリア層８２１およびシード層８２２は、ともにスパッタリング法により形成される。本実施形態においては、バリア層８２１はＴｉからなり、その厚さは５０〜２００ｎｍである。また、本実施形態においては、シード層８２２はＣｕからなり、その厚さは１５０〜８００ｎｍである。
【００７９】
次いで、シード層８２２に対してフォトリソグラフィによりマスクを形成する。図１３に示すように、基板８１に第１レジスト層８８２を形成した後、第１レジスト層８８２に対して露光・現像を行うことで、シード層８２２に対してマスクが形成される。第１レジスト層８８２の形成範囲は、絶縁膜８１５の形成範囲と同一である。第１レジスト層８８２は、レジストをたとえばスプレー塗布することにより形成される。本実施形態においては、該レジストはポジ型レジストであるため、露光された第１レジスト層８８２の部分が、現像に用いられる現像液によって除去される。
【００８０】
次いで、図１４に示すように、基板８１にめっき層８２３を形成する。めっき層８２３は、第１レジスト層８８２が現像により除去された部分、すなわちシード層８２２が露出した部分に形成される。めっき層８２３は、電解めっきにより形成される。本実施形態においては、めっき層８２３はＣｕからなる。該工程において形成するめっき層８２３の厚さは、半導体装置Ａ１０のめっき層２０３の厚さ３〜３０μｍに、後述する酸化金属膜８２４の厚さを加えて設定する必要がある。該工程により、基板８１に導電層８２が形成される。
【００８１】
次いで、導電層８２を覆う酸化金属膜８２４を形成する。酸化金属膜８２４は、底面８１４ａに位置する開口部８２４ａと、主面８１１に位置する端子開口部８２４ｂとを有する。開口部８２４ａおよび端子開口部８２４ｂから、ともにめっき層８２３が露出する。酸化金属膜８２４を形成する工程では、導電層８２の表面を酸化させることで酸化金属膜８２４を生成する工程と、酸化金属膜８２４に対してフォトリソグラフィによりマスクを形成する工程と、エッチングにより酸化金属膜８２４の一部を除去する工程とを含む。
【００８２】
まず、図１５に示すように、熱酸化法により、または基板８１を酸素プラズマ雰囲気に曝露させることで、導電層８２の表面を酸化させる。その後、基板８１に形成された第１レジスト層８８２を全て除去する。該工程により、導電層８２の全体を覆う酸化金属膜８２４が生成される。本実施形態においては、めっき層８２３の一部が酸化されることにより酸化金属膜８２４が生成されることから、酸化金属膜８２４はＣｕＯを含む金属からなる。該工程において形成する酸化金属膜８２４の厚さは、半導体装置Ａ１０の酸化金属膜２４の厚さ０．０５〜２μｍに、バリア層８２１およびシード層８２２の厚さを加えて設定する必要がある。後述する図２１に示す工程において、めっき層８２３に覆われていない不要なバリア層８２１およびシード層８２２を除去した際、酸化金属膜８２４の表層部もあわせて除去されるためである。
【００８３】
次いで、図１６に示すように、酸化金属膜８２４に対してフォトリソグラフィによりマスクを形成した後、エッチングにより酸化金属膜８２４の一部を除去する。基板８１に第２レジスト層８８３を形成した後、第２レジスト層８８３に対して露光・現像を行うことで、酸化金属膜８２４に対してマスクが形成される。第２レジスト層８８３の形成範囲、材質および形成方法は、いずれも第１レジスト層８８２と同一である。このとき、第２レジスト層８８３に貫通孔８８３ａが複数形成される。貫通孔８８３ａの形状は直方体状（図示略）である。その後、エッチングにより底面８１４ａに位置する酸化金属膜８２４の一部を除去する。該エッチングは、たとえば硫酸（Ｈ2ＳＯ4）および過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）との混合溶液を用いたウェットエッチングである。このとき、底面８１４ａに位置する酸化金属膜８２４に開口部８２４ａが形成される。開口部８２４ａの平面視形状は矩形状（図示略）である。開口部８２４ａが、半導体装置Ａ１０の開口部２４１に相当する。
【００８４】
次いで、図１７に示すように、開口部８２４ａおよび貫通孔８８３ａ内を埋めるように接合材８３２を配置した後、基板８１に形成された第２レジスト層８８３を全て除去する。接合材８３２は導電性を有する。本実施形態においては、接合材８３２は、基板８１に形成されたシード層８２２を活用した電解めっきによって、開口部８２４ａから露出しためっき層８２３に析出されたＳｎを含む合金からなる。該合金として具体的には、Ｓｎ―Ｓｂ系合金、またはＳｎ―Ａｇ系合金などの鉛フリーはんだである。該工程により、開口部８２４ａ内に接合材８３２が配置される。
【００８５】
図１８に示すように、基板８１に形成された第２レジスト層８８３を全て除去したとき、底面８１４ａに形成された導電層８２に、開口部８２４ａを有した酸化金属膜８２４と、開口部８２４ａ内に配置された接合材８３２とがそれぞれ現れる。本実施形態においては、開口部８２４ａの平面視形状は矩形状である。また、基板８１の厚さ方向Ｚにおいて、接合材８３２は、酸化金属膜８２４に対して図１８に示す上方に向かって突出している。
【００８６】
次いで、主面８１１に形成された導電層８２に導通する複数の柱状導電体８２５を形成する。柱状導電体８２５が、半導体装置Ａ１０の端子２５の柱状部２５１に相当する。図１９に示すように、酸化金属膜８２４に対してフォトリソグラフィによりマスクを形成した後、エッチングにより酸化金属膜８２４の一部を除去する。基板８１に第３レジスト層８８４を形成した後、第３レジスト層８８４に対して露光・現像を行うことで、酸化金属膜８２４に対してマスクが形成される。第３レジスト層８８４の形成範囲、材質および形成方法は、いずれも第１レジスト層８８２と同一である。このとき、第３レジスト層８８４に貫通孔８８４ａが複数形成される。貫通孔８８４ａの形状は円柱状（図示略）である。その後、図１６に示す工程と同様のウェットエッチングにより、主面８１１に位置する酸化金属膜８２４の一部を除去する。このとき、主面８１１に位置する酸化金属膜８２４に、端子開口部８２４ｂが形成される。端子開口部８２４ｂの平面視形状は円形状（図示略）である。端子開口部８２４ｂが、半導体装置Ａ１０の端子開口部２４２に相当する。
【００８７】
次いで、図２０に示すように、複数の柱状導電体８２５を形成した後、基板８１に形成された第３レジスト層８８４を全て除去する。本実施形態においては、基板８１に形成されたシード層８２２を活用した電解めっきによって、端子開口部８２４ｂから露出しためっき層８２３にＣｕを析出させることで、端子開口部８２４ｂおよび貫通孔８８４ａ内を埋めるように柱状導電体８２５が複数形成される。
【００８８】
次いで、図２１に示すように、めっき層８２３に覆われていない不要なバリア層８２１およびシード層８２２を全て除去する。バリア層８２１およびシード層８２２は、たとえばウェットエッチングにより除去される。バリア層８２１およびシード層８２２が除去された部分から絶縁膜８１５が露出する。このとき、酸化金属膜８２４、柱状導電体８２５および接合材８３２についても、バリア層８２１およびシード層８２２の層厚に相当する厚さの分だけ該ウェットエッチングにより除去される。該工程を経た導電層８２および酸化金属膜８２４が、それぞれ半導体装置Ａ１０の導電層２０および酸化金属膜２４に相当する。
【００８９】
次いで、図２２に示すように、凹部８１４に収容されるように半導体素子８３１を底面８１４ａに搭載する。半導体素子８３１が、半導体装置Ａ１０の半導体素子３１に相当する。半導体素子８３１の搭載はＦＣＢにより行う。半導体素子８３１にフラックス（図示略）を塗布した後、たとえばフリップチップボンダ（図示略）を用いて半導体素子８３１を接合材８３２上に仮付けする。このとき、接合材８３２は、底面８１４ａに形成された導電層８２と半導体素子８３１との間に介在した状態となる。そして、リフローにより接合材８３２を溶融させた後に、冷却により接合材８３２を固化させる。この過程を経ることで、半導体素子８３１が底面８１４ａに搭載される。
【００９０】
半導体素子８３１を底面８１４ａに搭載する工程において、接合材８３２をリフローにより溶融させたときの状態を図２３に示す。図２３に示す半導体素子８３１の下面には、たとえばＣｕからなる電極バンプ８３１ａが形成されている。溶融されて液相状態となった接合材８３２は、図２３に示すその上端が電極バンプ８３１ａに、図２３に示すその下端が導電層８２のめっき層８２３にそれぞれ接触している。この状態において、半導体素子８３１に所定の搭載位置に対して第１方向ＸのずれΔｌが生じているものとする。このとき、接合材８３２が酸化金属膜８２４の開口部８２４ａの側面に接触すると、接合材８３２の表面張力に起因した反力が接合材８３２に作用する。該反力は、図２３に示す矢印の方向に作用する。該反力によって液相状態の接合材８３２にずれΔｌが小さくなるような変形が生じることから、半導体素子８３１の搭載位置が自動修復されるセルフアライメント効果が得られる。
【００９１】
次いで、図２４に示すように、基板８１に半導体素子８３１を覆う封止樹脂８４を形成する。封止樹脂８４が、半導体装置Ａ１０の封止樹脂４に相当する。封止樹脂８４は、基板８１に形成された凹部８１４を充填し、かつ複数の柱状導電体８２５および半導体素子８３１を完全に覆うように形成する。封止樹脂８４は、たとえば電気絶縁性を有する黒色のエポキシ樹脂からなる。
【００９２】
次いで、図２５に示すように、封止樹脂８４の上部を研削し、複数の柱状導電体８２５の上端を封止樹脂８４から露出させる。このとき、図２５に示す封止樹脂８４の上面が樹脂主面８４１となり、複数の柱状導電体８２５の上端はそれぞれ、樹脂主面８４１と面一となる。その後、樹脂主面８４１から露出した複数の柱状導電体８２５のそれぞれに接するパッド層８２６を形成する。パッド層８２６が、半導体装置Ａ１０の端子２５のパッド部２５２に相当する。本実施形態においては、パッド層８２６は、無電解めっきによりＮｉめっき層、Ｐｄめっき層およびＡｕめっき層の順に各めっき層を析出させることで形成される。
【００９３】
次いで、図２６に示すように、基板８１を第１方向Ｘおよび第２方向Ｙに配置された切断線ＣＬに沿って切断（ダイシング）することで、半導体素子８３１ごとの個片に分割する。切断にあたっては、たとえばプラズマダイシングにより行う。前記個片が半導体装置Ａ１０となる。以上の工程を経ることにより、半導体装置Ａ１０が製造される。
【００９４】
次に、半導体装置Ａ１０の作用効果について説明する。
【００９５】
本実施形態によれば、半導体装置Ａ１０において、半導体素子３１と導電層２０との間に介在する接合層３２が酸化金属膜２４の開口部２４１に形成されている。このような構成をとることで、基板８１（基板１と同質）に半導体素子８３１（半導体素子３１と同質）を搭載する工程において、リフローにより溶融し液相状態となった接合材８３２（接合層３２と同質）が、酸化金属膜８２４（酸化金属膜２４と等質）から図２３に示す矢印の方向に、接合材８３２の表面張力に起因した反力を受ける。該反力によって、液相状態の接合材８３２に前記矢印の方向の変形が生じることから、半導体素子８３１の搭載位置が自動修復されるセルフアライメント効果が得られる。このとき、接合材８３２に対するリフローは１回のみでよい。したがって、比較的濡れ性が低い鉛フリーはんだからなる接合材８３２を用いて半導体素子８３１を基板８１に搭載する場合であっても、十分なセルフアライメント効果を効率的に得ることが可能となる。
【００９６】
また、本実施形態によれば、図２〜図４に示すように、柱状部２５１を有した端子２５を形成することで、基板１の主面１１に対して封止樹脂４が突出した形態となっている。ここで、凹部１４は、半導体装置Ａ１０の製造などの都合上、その形状が制限されやすく、条件によっては凹部１４内に搭載される半導体素子３１が主面１１から突出することがある。このような場合であっても、半導体素子３１の設計変更を行わずに半導体素子３１を封止樹脂４によって完全に覆い、半導体装置Ａ１０のパッケージを適切に行うことができる。
【００９７】
半導体装置Ａ１０の製造において、酸化金属膜８２４の開口部８２４ａの形成に必要なマスクは、接合材８３２を配置するために形成されるマスク（第２レジスト層８８３）と兼用することができる。このことは、半導体装置Ａ１０の製造工程の省力化に寄与する。
【００９８】
また、半導体装置Ａ１０の製造において、酸化金属膜８２４の開口部８２４ａおよび端子開口部８２４ｂは、ともにウェットエッチングにより形成される。ウェットエッチングは反応性イオンエッチングと比較して、開口部８２４ａおよび端子開口部８２４ｂから露出するめっき層８２３の表面に、導通の阻害となる不純物が生成することを防ぐ効果がある。
【００９９】
本発明にかかる半導体装置は、先述した実施の形態に限定されるものではない。本発明にかかる半導体装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【０１００】
Ａ１０：半導体装置
１：基板
１１：主面
１２：裏面
１３：側面
１４：凹部
１４１：底面
１４２：連絡面
１５：絶縁膜
２０：導電層
２０１：バリア層
２０２：シード層
２０３：めっき層
２１：主面導電部
２２：連絡面導電部
２３：底面導電部
２４：酸化金属膜
２４１：開口部
２４２：端子開口部
２５：端子
２５１：柱状部
２５２：パッド部
３１：半導体素子
３１１：電極バンプ
３２：接合層
４：封止樹脂
４１：樹脂主面
４３：樹脂側面
８１：基板
８１１：主面
８１２：裏面
８１４：凹部
８１４ａ：底面
８１４ｂ：連絡面
８１５：絶縁膜
８２：導電層
８２１：バリア層
８２２：シード層
８２３：めっき層
８２４：酸化金属膜
８２４ａ：開口部
８２４ｂ：端子開口部
８２５：柱状導電体
８２６：パッド層
８３１：半導体素子
８３１ａ：電極バンプ
８３２：接合材
８４：封止樹脂
８４１：樹脂主面
８８１：マスク層
８８２：第１レジスト層
８８３：第２レジスト層
８８３ａ：貫通孔
８８４：第３レジスト層
８８４ａ：貫通孔
Ｘ：第１方向
Ｙ：第２方向
Ｚ：厚さ方向
Δｌ：ずれ
ＣＬ：切断線
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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