(57)【要約】【課題】本発明は、樹脂層によって半導体基板に与える影響を減らすことを目的とする。【解決手段】半導体装置は、集積回路１２が形成され、集積回路１２に電気的に接続された電極１４を有する半導体基板１０と、半導体基板１０の電極１４が形成された面に形成された樹脂層２０と、電極１４に電気的に接続され、樹脂層２０の上に形成された配線３０と、を含む。樹脂層２０は、熱可塑性樹脂からなる第１の層２２と、第１の層２２と配線３０の間に介在する熱硬化性樹脂からなる第２の層２４と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路が形成され、前記集積回路に電気的に接続された電極を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記電極が形成された面に形成された樹脂層と、
前記電極に電気的に接続され、前記樹脂層の上に形成された配線と、
を含み、
前記樹脂層は、熱可塑性樹脂からなる第１の層と、前記第１の層と前記配線の間に介在する熱硬化性樹脂からなる第２の層と、を含む半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載された半導体装置において、
前記第２の層は、前記第１の層の、前記半導体基板の前記電極が形成された面と対向する面とは反対側の面を全て覆う半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれかに記載された半導体装置において、
前記樹脂層及び前記配線上に形成された第２の樹脂層と、
前記配線に電気的に接続され、前記第２の樹脂層の上に形成された第２の配線と、
をさらに含み、
前記第２の樹脂層は、熱可塑性樹脂からなる第３の層と、前記第３の層と前記第２の配線の間に介在する熱硬化性樹脂からなる第４の層と、を含む半導体装置。
【請求項４】
（ａ）集積回路と、前記集積回路と電気的に接続された電極とを有する半導体基板の、前記電極が形成された面に、熱可塑性樹脂からなる第１の層を形成する工程と、
（ｂ）前記第１の層上に熱硬化性樹脂からなる第２の層を形成する工程と、
（ｃ）前記電極に電気的に接続するように、前記第２の層上に配線を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載された半導体装置の製造方法において、
（ｄ）前記第２の層上及び前記配線上に熱可塑性樹脂からなる第３の層を形成する工程と、
（ｅ）前記第３の層上に熱硬化性樹脂からなる第４の層を形成する工程と、
（ｆ）前記配線と電気的に接続するように、前記第４の層上に第２の配線を形成する工程と、
をさらに含む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】
近年、ウエハレベルＣＳＰと呼ばれる、半導体チップ上に配線を形成して外部端子を形成するパッケージが開発されている（特許文献１）。配線の下には樹脂層を形成してあり、半導体装置がマザーボードに実装されたときにマザーボードと半導体チップとの熱膨張係数の差によって配線に生じる応力が分散・吸収されるようになっている。これによって、配線の断線を防止している。しかしながら、樹脂層と半導体チップにも熱膨張係数の差があり、さらに樹脂層が形成されるときの硬化収縮もあって、樹脂層によって半導体チップに応力が生じていた。そのため、半導体チップに物理的な影響があったのみならず、集積回路の特性にも影響を与えていた。
【特許文献１】特開２００５−２６３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、樹脂層によって半導体基板に与える影響を減らすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（１）本発明に係る半導体装置は、
集積回路が形成され、前記集積回路に電気的に接続された電極を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記電極が形成された面に形成された樹脂層と、
前記電極に電気的に接続され、前記樹脂層の上に形成された配線と、
を含み、
前記樹脂層は、熱可塑性樹脂からなる第１の層と、前記第１の層と前記配線の間に介在する熱硬化性樹脂からなる第２の層と、を含む。本発明によれば、第１の層が熱可塑性樹脂からなるので、熱硬化性樹脂よりは内部応力が小さくなっており、半導体基板に与える影響が小さくなっている。また、第１の層と配線との間には、熱硬化性樹脂からなる第２の層が介在するので、変形しやすい第１の層の形状を、第２の層によって保持している。
（２）この半導体装置において、
前記第２の層は、前記第１の層の、前記半導体基板の前記電極が形成された面と対向する面とは反対側の面を全て覆ってもよい。
（３）この半導体装置において、
前記樹脂層及び前記配線上に形成された第２の樹脂層と、
前記配線に電気的に接続され、前記第２の樹脂層の上に形成された第２の配線と、
をさらに含み、
前記第２の樹脂層は、熱可塑性樹脂からなる第３の層と、前記第３の層と前記第２の配線の間に介在する熱硬化性樹脂からなる第４の層と、を含んでもよい。
（４）本発明に係る半導体装置の製造方法は、
（ａ）集積回路と、前記集積回路と電気的に接続された電極とを有する半導体基板の、前記電極が形成された面に、熱可塑性樹脂からなる第１の層を形成する工程と、
（ｂ）前記第１の層上に熱硬化性樹脂からなる第２の層を形成する工程と、
（ｃ）前記電極に電気的に接続するように、前記第２の層上に配線を形成する工程と、
を含む。本発明によれば、第１の層を熱可塑性樹脂から形成するので、熱硬化性樹脂よりは内部応力が小さくなっており、半導体基板に与える影響が小さくなっている。また、変形しやすい第１の層の形状を、第２の層によって保持し、その上に配線を形成するので、配線の形状が安定する。
（５）この半導体装置の製造方法において、
（ｄ）前記第２の層上及び前記配線上に熱可塑性樹脂からなる第３の層を形成する工程と、
（ｅ）前記第３の層上に熱硬化性樹脂からなる第４の層を形成する工程と、
（ｆ）前記配線と電気的に接続するように、前記第４の層上に第２の配線を形成する工程と、
をさらに含んでもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。半導体基板１０は、最終製品としての半導体装置においては半導体チップであり、製造途中の中間製品においては半導体ウエハである。半導体基板１０は、集積回路１２（半導体チップには１つの集積回路１２・半導体ウエハには複数の集積回路１２）が形成されている。半導体基板１０内に形成された内部配線を介して１つの集積回路１２に電気的に接続された複数の電極１４を有する。半導体基板１０には、各電極１４の少なくとも一部が露出する様にパッシベーション膜１６が形成されている。
【０００６】
半導体基板１０の電極１４が形成された面（パッシベーション膜１６の表面）に、電極１４の少なくとも一部を避けて樹脂層２０（応力緩和層）が形成されている。樹脂層２０は、熱可塑性樹脂からなる第１の層２２を含む。熱可塑性樹脂は、加熱により反応が起こることなく、軟化して塑性を示す性質を有する。第１の層２２は、電極１４が形成された面（パッシベーション膜１６の表面）に接触して設けられている。樹脂層２０は、熱硬化性樹脂からなる第２の層２４を含む。熱硬化性樹脂は、加熱することにより三次元構造になった不溶不融の樹脂である。第２の層２４は、第１の層２２のパッシベーション膜１６と接している面（言い換えると第２の層２４の半導体基板１０の電極１４が形成された面と対向する面）と反対側の面を全て覆っていてもよい。または、第２の層２４は、第１の層２２の、パッシベーション膜１６との接触面を除いた全面を覆っていてもよい。つまり、パッシベーション膜１６及び第２の層２４によって、第１の層２２全体が封止されていてもよい。なお、第２の層２４は、パッシベーション膜１６に接触していてもよい。
【０００７】
本実施の形態によれば、第１の層２２が熱可塑性樹脂からなるので、熱硬化性樹脂よりは内部応力が小さくなっており、半導体基板１０に与える影響が小さくなっている。また、熱硬化性樹脂からなる第２の層２４によって、変形しやすい第１の層２２の形状を保持している。
【０００８】
樹脂層２０の上には配線３０が形成されている。配線３０は、第２の層２４に接触するが第１の層２２に接触しない。第１の層２２と配線３０の間に第２の層２４が介在している。配線３０の一部は、パッシベーション膜１６に接触してもよいが接触しないように形成してもよい。配線３０は、電極１４に電気的に接続されている。配線３０は、電極１４の上から樹脂層２０の上に至るように形成されている。例えば、配線３０は、ＴｉＷ膜３２、Ｃｕ膜３４及びＣｕ層３６から構成してもよい。
【０００９】
配線３０は、樹脂層２０上に位置するランド３８を含む。配線３０を、そのランド３８の中央部を除いて覆うように、ソルダレジスト層４０が形成されている。樹脂層２０上であって、配線３０のランド３８上に外部端子（ハンダボール）５０が設けられている。
【００１０】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、半導体基板１０（例えばＳｉ（シリコン）からなる半導体ウエハ）を使用する。半導体基板１０には集積回路１２を形成する。詳しくは、半導体基板１０の一方の面に、周知の半導体プロセスによって集積回路１２を形成する。集積回路１２は、半導体基板１０の一方の表層に作りこまれる。また、集積回路１２に電気的に接続されるように電極１４を形成し、電極１４の少なくとも一部が露出する様にパッシベーション膜１６を形成する。言い換えると、集積回路１２から接続された内部配線のうち、パッシベーション膜１６から露出する部分が電極１４である。パッシベーション膜１６は無機材料（例えばＳｉＯ２等の無機酸化物）で形成してもよい。
【００１１】
図２（Ａ）に示すように、半導体基板１０の集積回路１２が形成された面に樹脂層２０の第１の層２２を形成する。熱可塑性樹脂前駆体を加熱して設け、リソグラフィを適用するなどしてパターニングした後に、冷却して固化することで、第１の層２２を形成する。熱可塑性樹脂は、冷却によって収縮するが、硬化剤が入っていないため、熱硬化性樹脂に比べると収縮率は小さい。
【００１２】
図２（Ｂ）に示すように、第１の層２２上に第２の層２４を形成する。第２の層２４は、熱硬化性樹脂前駆体を熱によって硬化させて形成する。熱硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂よりも耐熱性・強度が高いが、硬化収縮率が熱可塑性樹脂よりも大きいため、内部応力が大きい。
【００１３】
図２（Ｃ）に示すように、配線３０を、樹脂層２０上に形成する。例えば、樹脂層２０（第２の層２４）上にＴｉＷ膜３２をスパッタリングで形成し、ＴｉＷ膜３２上にＣｕ膜３４をスパッタリングで形成し、Ｃｕ膜３４上にメッキレジスト層（図示せず）を形成し、Ｃｕ膜３４のメッキレジスト層からの露出部上にＣｕ層３６を電解メッキで形成し、Ｃｕ層３６をエッチングレジストとして、Ｃｕ膜３４及びＴｉＷをエッチングする。こうして、配線３０を形成する。さらに、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、上述した半導体装置の構成から自明な製造方法を含む。
【００１４】
本実施の形態によれば、第１の層２２を熱可塑性樹脂から形成するので、熱硬化性樹脂よりは内部応力が小さくなっており、半導体基板１０に与える影響が小さくなっている。また、変形しやすい第１の層２２の形状を、第２の層２４によって保持し、その上に配線３０を形成するので、配線３０の形状が安定する。
【００１５】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。本実施の形態では、第１の実施の形態で使用した半導体基板１０を使用する。
【００１６】
半導体基板１０には、下地配線６０が形成されている。下地配線６０は、電極１４に電気的に接続されてパッシベーション膜１６上に形成されている。下地配線６０及びパッシベーション膜１６上には、下地配線６０の少なくとも一部を避けて第１の樹脂層１２０が形成されている。第１の樹脂層１２０に貫通穴が形成されて、下地配線６０の一部が貫通穴で第１の樹脂層１２０から露出している。
【００１７】
第１の樹脂層１２０は、熱可塑性樹脂からなる第１の層１２２を含む。熱可塑性樹脂は、加熱により反応が起こることなく、軟化して塑性を示す性質を有する。第１の層１２２は、パッシベーション膜１６及び下地配線６０に接触して設けられている。第１の樹脂層１２０は、熱硬化性樹脂からなる第２の層１２４を含む。熱硬化性樹脂は、加熱することにより三次元構造になった不溶不融の樹脂である。第２の層１２４は、第１の層１２２のパッシベーション膜１６と接している面（言い換えると第２の層１２４の半導体基板１０の電極が形成されている面と対向する面）とは反対側の面を全て覆っていてもよい。または、第２の層１２４は、第１の層１２２の、パッシベーション膜１６又は下地配線６０との接触面を除いた全面を覆っていてもよい。つまり、パッシベーション膜１６、下地配線６０及び第２の層１２４によって、第１の層１２２全体が封止されていてもよい。
【００１８】
本実施の形態によれば、第１の層１２２が熱可塑性樹脂からなるので、熱硬化性樹脂よりは内部応力が小さくなっており、半導体基板１０に与える影響が小さくなっている。また、熱硬化性樹脂からなる第２の層１２４によって、変形しやすい第１の層１２２の形状を保持している。
【００１９】
第１の樹脂層１２０の上には第１の配線１３０が形成されている。第１の配線１３０は、第２の層１２４に接触するが第１の層１２２に接触しない。第１の層１２２と第１の配線１３０の間に第２の層１２４が介在している。第１の配線１３０は、下地配線６０に電気的に接続されている。第１の配線１３０は、下地配線６０の上から第１の樹脂層１２０の上に至るように形成されている。
【００２０】
第１の樹脂層１２０及び第１の配線１３０上には、第１の配線１３０の少なくとも一部を避けて、第２の樹脂層２２０が形成されている。第２の樹脂層２２０に貫通穴が形成されて、第１の配線１３０の一部が貫通穴で第２の樹脂層２２０から露出している。第２の樹脂層２２０は、熱可塑性樹脂からなる第３の層２２２を含む。熱可塑性樹脂は、加熱により反応が起こることなく、軟化して塑性を示す性質を有する。第３の層２２２は、第２の層１２４及び第１の配線１３０に接触して設けられている。第２の樹脂層２２０は、熱硬化性樹脂からなる第４の層２２４を含む。熱硬化性樹脂は、加熱することにより三次元構造になった不溶不融の樹脂である。第４の層２２４は、第３の層２２２と接している面（言い換えると第４の層２２４の半導体基板１０の電極が形成された面と対向する面）とは反対側の面を全て覆っていてもよい。または、第４の層２２４は、第３の層２２２の、第２の層１２４又は第１の配線１３０との接触面を除いた全面を覆っていてもよい。つまり、第２の層１２４、第１の配線１３０及び第４の層２２４によって、第３の層２２２全体が封止されていてもよい。
【００２１】
本実施の形態によれば、第３の層２２２が熱可塑性樹脂からなるので、熱硬化性樹脂よりは内部応力が小さくなっており、半導体基板１０に与える影響が小さくなっている。また、熱硬化性樹脂からなる第４の層２２４によって、変形しやすい第３の層２２２の形状を保持している。
【００２２】
第２の樹脂層２２０の上には第２の配線２３０が形成されている。第２の配線２３０は、第４の層２２４に接触するが第３の層２２２に接触しない。第３の層２２２と第２の配線２３０の間に第４の層２２４が介在している。第２の配線２３０は、第１の配線１３０に電気的に接続されている。第２の配線２３０は、第１の配線１３０の上から第２の樹脂層２２０の上に至るように形成されている。
【００２３】
第２の配線２３０は、第２の樹脂層２２０上に位置するランド２３８を含む。第２の配線２３０を、そのランド２３８の中央部を除いて覆うように、ソルダレジスト層１４０が形成されている。第２の樹脂層２２０上であって、第２の配線２３０のランド２３８上に外部端子（ハンダボール）２５０が設けられている。本実施の形態に係る半導体装置には、第１の実施の形態で説明した内容を適用することができる。
【００２４】
図４（Ａ）〜図５（Ｃ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、第１の実施の形態で説明した半導体基板１０（例えばＳｉ（シリコン）からなる半導体ウエハ）を使用する。図４（Ａ）に示すように、半導体基板１０の集積回路１２が形成された面に下地配線６０を形成する。
【００２５】
図４（Ｂ）に示すように、半導体基板１０の集積回路１２が形成された面に、第１の樹脂層１２０の第１の層１２２を形成する。熱可塑性樹脂前駆体を加熱して設け、リソグラフィを適用するなどしてパターニングした後に、冷却して固化することで、第１の層１２２を形成する。第１の層１２２は、下地配線６０の一部を避けて形成する。リソグラフィの適用によって、第１の層１２２の下地配線６０上の一部分を除去してもよい。熱可塑性樹脂は、冷却によって収縮するが、硬化剤が入っていないため、熱硬化性樹脂に比べると収縮率は小さい。
【００２６】
図４（Ｃ）に示すように、第１の層１２２上に第２の層１２４を形成する。第２の層１２４は、熱硬化性樹脂前駆体を熱によって硬化させて形成する。熱硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂よりも耐熱性・強度が高いが、硬化収縮率が熱可塑性樹脂よりも大きいため、内部応力が大きい。図４（Ｄ）に示すように、第１の配線１３０を、第１の樹脂層１２０上に形成する。その形成方法には、第１の実施の形態で説明した配線３０の形成方法を適用することができる。
【００２７】
本実施の形態によれば、第１の層１２２を熱可塑性樹脂から形成するので、熱硬化性樹脂よりは内部応力が小さくなっており、半導体基板１０に与える影響が小さくなっている。また、変形しやすい第１の層１２２の形状を、第２の層１２４によって保持し、その上に第１の配線１３０を形成するので、第１の配線１３０の形状が安定する。
【００２８】
図５（Ａ）に示すように、第１の層１２２及び第１の配線１３０上に、第２の樹脂層２２０の第３の層２２２を形成する。熱可塑性樹脂前駆体を加熱して設け、リソグラフィを適用するなどしてパターニングした後に、冷却して固化することで、第３の層２２２を形成する。第３の層２２２は、第１の配線１３０の一部を避けて形成する。リソグラフィの適用によって、第３の層２２２の第１の配線１３０上の一部分を除去してもよい。熱可塑性樹脂は、冷却によって収縮するが、硬化剤が入っていないため、熱硬化性樹脂に比べると収縮率は小さい。
【００２９】
図５（Ｂ）に示すように、第３の層２２２上に第４の層２２４を形成する。第４の層２２４は、熱硬化性樹脂前駆体を熱によって硬化させて形成する。熱硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂よりも耐熱性・強度が高いが、硬化収縮率が熱可塑性樹脂よりも大きいため、内部応力が大きい。
【００３０】
図５（Ｃ）に示すように、第２の配線２３０を、第２の樹脂層２２０上に形成する。その形成方法には、第１の実施の形態で説明した配線３０の形成方法を適用することができる。さらに、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、上述した半導体装置の構成から自明な製造方法を含む。
【００３１】
本実施の形態によれば、第３の層２２２を熱可塑性樹脂から形成するので、熱硬化性樹脂よりは内部応力が小さくなっており、半導体基板１０に与える影響が小さくなっている。また、変形しやすい第３の層２２２の形状を、第４の層２２４によって保持し、その上に第２の配線２３０を形成するので、第２の配線２３０の形状が安定する。
【００３２】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図５】図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０…半導体基板、  １２…集積回路、  １４…電極、  １６…パッシベーション膜、  ２０…樹脂層、  ２２…第１の層、  ２４…第２の層、  ３０…配線、  ３２…ＴｉＷ膜、  ３４…Ｃｕ膜、  ３６…Ｃｕ層、  ３８…ランド、  ４０…ソルダレジスト層、  ５０…外部端子、  ６０…下地配線、  １２０…第１の樹脂層、  １２２…第１の層、  １２４…第２の層、  １３０…第１の配線、  １４０…ソルダレジスト層、  ２２０…第２の樹脂層、  ２２２…第３の層、  ２２４…第４の層、  ２３０…第２の配線、  ２３８…ランド、  ２５０…外部端子
【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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