(57)【要約】【課題】回路基板との間に作用する応力を緩衝することができる半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】接続パッド１２を有する半導体基板１１と、半導体基板１１上の一部に設けられた緩衝層１４Ａと、緩衝層１４Ａを含む半導体基板１１上に設けられ、接続パッド１２を露出させる開口１４ａを有する絶縁膜１４Ｂと、接続パッド１２に接続されて設けられ、緩衝層１４Ａに対応する領域の絶縁膜１４Ｂ上にランドを有する配線１５と、ランド上に設けられた外部接続用電極２１と、を備える半導体装置１である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続パッドを有する半導体基板と、
前記半導体基板上の一部に設けられた緩衝層と、
前記緩衝層を含む前記半導体基板上に設けられ、前記接続パッドを露出させる開口を有する絶縁膜と、
前記接続パッドに接続されて設けられ、前記緩衝層に対応する領域の前記絶縁膜上にランドを有する配線と、
前記ランド上に設けられた外部接続用電極と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記緩衝層の端部のテーパー角度は、前記緩衝層に対応する領域の前記絶縁膜のテーパー角度より大きい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】
前記外部接続用電極は柱状であり、前記外部接続用電極の周囲に封止膜が設けられてい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４】
前記外部接続用電極上に半田ボールが設けられてい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５】
接続パッドが設けられた半導体ウエハ上の一部に緩衝層を形成し、
前記半導体ウエハ及び前記緩衝層を被覆すると共に、前記接続パッドを露出させる開口を有する絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上に、前記接続パッドに接続され、前記緩衝層に対応するよう領域にランドを有する配線を形成し、
前記ランド上に、外部接続用電極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６】
前記緩衝層端部のテーパー角度は、前記緩衝層に対応する領域の前記絶縁膜のテーパー角度より大きいことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記外部接続用電極は柱状であり、前記外部接続用電極の周囲に封止膜を形成することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記外部接続用電極上に半田ボールを形成することを特徴とする請求項５に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、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置には、図１６に示すような構造のものがある。半導体基板１１１の接続パッド１１２が設けられるとともに絶縁膜１１３で覆われた面に保護膜（絶縁膜）１１４が設けられ、保護膜１１４には接続パッド１１２の中央部に対応する部分に開口１１４ａが設けられている。保護膜１１４の表面及び開口１１４ａ内には電解めっき用シード層１１６が設けられ、電解めっき用シード層１１６の上部に配線層１１９が設けられることで配線１１５が形成されている。配線１１５は接続パッド１１２に接続される。配線１１５の端部に外部接続用電極１２１が設けられ、配線１１５及び保護膜１１４が封止膜１２２により封止される。柱状電極１２１は封止膜１２２から露出し、外部接続用電極１２１の表面に半田端子１２３が設けられる。半導体装置１０１は半田端子１２３を介して図示しない回路基板に接続される（例えば、特許文献１参照）。外部接続用電極１２１には、半導体基板１１１と回路基板との間に作用する応力を緩衝する効果もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２１８７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、半導体装置のモバイル電子機器への適用が進む中で、半導体装置の厚さを薄くする低背化が求められている。上記の構造の半導体装置において低背化を進めるには、外部接続用電極の高さを低くする必要がある。しかし、外部接続用電極の高さを低くすると、応力の緩衝効果が低減する。
【０００５】
外部接続用電極を低くすることにより低減する緩衝効果を補うために、半導体基板を被覆する絶縁膜全体を厚くすることも考えられる。しかし、絶縁膜は形成プロセスや物性に依存した残留応力を有しているため、絶縁膜を単に厚くすると、半導体基板の反りが大きくなる。半導体基板の反りが大きくなると、加工処理を行うプロセス装置でのステージなどに対する吸着不良が生じ、プロセス不具合が生じるおそれがある。また、最終的に個片化したチップの反りが大きくなり、自己変形、接続不良などの問題が生じるおそれがある。
【０００６】
本発明の課題は、回路基板との間に作用する応力を緩衝することができる半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するため、本発明の第１の態様によれば、接続パッドを有する半導体基板と、前記半導体基板上の一部に設けられた緩衝層と、前記緩衝層を含む前記半導体基板上に設けられ、前記接続パッドを露出させる開口を有する絶縁膜と、前記接続パッドに接続されて設けられ、前記緩衝層に対応する領域の前記絶縁膜上にランドを有する配線と、前記ランド上に設けられた外部接続用電極と、を備えることを特徴とする半導体装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、接続パッドが設けられた半導体ウエハ上の一部に緩衝層を形成し、前記半導体ウエハ及び前記緩衝層を被覆すると共に、前記接続パッドを露出させる開口を有する絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上に、前記接続パッドに接続され、前記緩衝層に対応するよう領域にランドを有する配線を形成し、前記ランド上に、外部接続用電極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。
【０００９】
前記緩衝層の端部のテーパー角度は、前記緩衝層に対応する領域の前記絶縁膜のテーパー角度より大きいことが好ましい。
前記外部接続用電極は柱状であり、前記外部接続用電極の周囲に封止膜が設けられていることが好ましい。
前記外部接続用電極上に半田ボールが設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回路基板との間に作用する応力を緩衝することができる半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置１を示す平面図である。
【図２】図１のII−II矢視断面図である。
【図３】半導体装置１の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】半導体装置１の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】半導体装置１の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】半導体装置１の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】半導体装置１の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】半導体装置１の製造方法を説明するための断面図である。
【図９】半導体装置１の製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】半導体装置１の製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】半導体装置１の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】半導体装置１の製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】半導体装置１の製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】半導体装置１の製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】半導体装置１の製造方法を説明するための断面図である。
【図１６】従来の半導体装置１０１の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は本発明の実施形態に係る半導体装置１を示す平面図であり、図２は図１のII−II矢視断面図である。この半導体装置１は、シリコン等からなる半導体基板（半導体ウエハ）１１と、金属等の導電性材料からなる複数の接続パッド１２と、酸化シリコンまたは窒化シリコン等の絶縁性材料からなる絶縁膜１３と、緩衝層１４Ａと、保護膜１４Ｂと、配線１５と、外部接続用電極２１と、封止樹脂２２と、半田端子２３と、等を備える。
【００１３】
半導体基板１１の表面には、電子回路や接続パッド１２、及びこれらを接続する配線等が形成されている。
接続パッド１２は半導体基板１１上の配線と接続されている。絶縁膜１３は半導体基板１１の表面に形成され、電子回路や配線等を被覆する。
また、絶縁膜１３には、接続パッド１２を露出させる開口１３ａが設けられている。図１、図２に示すように、開口１３ａは接続パッド１２よりも小さい。
【００１４】
絶縁膜１３の上面の一部には、緩衝層１４Ａが形成されている。緩衝層１４Ａには、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）、等の高機能プラスチック材料、エポキシ系、フェノール系、シリコン系等のプラスチック材料、またはこれらの複合材料等を用いることができる。
【００１５】
緩衝層１４Ａの上部には、保護膜１４Ｂ、配線１５を介して外部接続用電極２１が配置される。緩衝層１４Ａは、外部接続用電極２１に作用する機械的応力を緩衝するものである。緩衝層１４Ａの平面形状は、外部接続用電極２１の平面形状に合わせて円形状とすることが好ましい。緩衝層１４Ａの径は外部接続用電極２１の径よりも１０〜４０μｍ程度大きくすることが好ましい。緩衝層１４Ａの厚さは、外部接続用電極２１に作用する機械的応力を緩衝するのに充分な厚さであることが好ましく、材料に応じて異なるが、５〜２０μｍであることが好ましい。
【００１６】
絶縁膜１３の上面の他の部分及び緩衝層１４Ａの上面には、保護膜１４Ｂが形成されている。保護膜１４Ｂには、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）、等の高機能プラスチック材料、エポキシ系、フェノール系、シリコン系等のプラスチック材料、またはこれらの複合材料等を用いることができる。保護膜１４Ｂにより緩衝層１４Ａを被服することで、緩衝層１４Ａによる段差を丸くし、封止樹脂２２との界面を滑らかにすることができる。なお、封止樹脂２２との界面を滑らかにするために、保護膜１４Ｂの厚さは、４〜５μｍ程度とすることが好ましい。
なお、緩衝層１４Ａと保護膜１４Ｂとで同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。
【００１７】
保護膜１４Ｂには、接続パッド１２を露出させる開口１４ａが設けられている。開口１４ａは保護膜１４Ｂが感光性樹脂であれば、半導体基板１１上に塗布−露光−現像−硬化させることで一括形成することができる。また、開口１４ａは、例えばレーザにより形成することができる。図１、図２に示すように、保護膜１４Ｂの開口１４ａは、絶縁膜１３の開口１３ａよりも小さく、開口１４ａの外周部で接続パッド１２と保護膜１４Ｂとが密着している。
【００１８】
保護膜１４Ｂの上面の一部、及び、開口１４ａから露出した接続パッド１２の上部には、配線１５が形成されている。配線１５は、下層であって、上層を電解メッキするための核となる電解めっき用シード層１６と、上層である銅等の導電性材料を有する配線層１９を含む。電解めっき用シード層１６は、例えば、保護膜１４Ｂとの密着性を高める密着層としてＴｉ、Ｔａ、ＴｉＷなどを厚さ１００ｎｍ程度、拡散防止層としてＴｉＮ、ＴａＮなどを厚さ２００ｎｍ程度、導電層としてＣｕ等を厚さ６００ｎｍ程度、スパッタリング法等により積層することが好ましい。電解めっき用シード層１６の一部は、開口１３ａ、１４ａを介して接続パッド１２に接続されている。配線１５は、半導体基板１１に設けられた電子回路の配線を、外部接続用電極２１に導通するための配線である。
【００１９】
電解めっき用シード層１６の上面には銅等の導電性材料からなる配線層１９が形成されている。配線層１９は電解めっき用シード層１６より厚く、例えば１μｍ〜５μｍの厚さが好ましい。
【００２０】
電解めっき用シード層１６及び配線層１９の積層体である配線１５は、対応する１つ又は複数の接続パッド１２と１つ又は複数の外部接続用電極２１とを接続している。また、配線１５は、それぞれ隣接する他の配線１５と電気的に絶縁されるように配列されている。
【００２１】
配線１５における接続パッド１２とは反対側の端部は、緩衝層１４Ａの上部においてランドを形成している。ランド上面には、銅等の導電性材料からなる柱状の外部接続用電極２１が形成されている。外部接続用電極２１の直径は５０〜５００μｍである。外部接続用電極２１の高さは１０〜７０μｍ程度であり、配線１５の厚さと合わせて１５〜７５μｍ程度である。外部接続用電極２１の側面は封止樹脂２２により保護されている。外部接続用電極２１の上部には、半田端子２３が設けられている。
【００２２】
配線１５及び保護膜１４Ｂの上部には、外部接続用電極２１が設けられた部分を除き、封止樹脂２２が充填されている。封止樹脂２２は、例えば、熱硬化性ポリイミド、エポキシ系樹脂やフェノール系樹脂等の熱硬化性樹脂と、シリカ等のフィラーとのコンポジット（複合材料）からなる。ただし、フィラーを含有していない熱硬化性樹脂でもよい。
【００２３】
次に、半導体装置１の製造方法について図３〜図１５を用いて説明する。ここで、図３〜図１５は製造途中におけるダイシング前の半導体基板１１を示す断面図である。
【００２４】
まず、図３に示すように、ダイシング前の半導体基板（半導体ウエハ）１１上に接続パッド１２及び絶縁膜１３を備え、緩衝層１４Ａの材料となる感光性樹脂を塗布し、露光・現像することにより緩衝層１４Ａを形成する。次に、図４（ａ）に示すように、緩衝層１４Ｂの材料となる感光性樹脂を塗布し、露光・現像することにより保護膜１４Ｂを形成する。
【００２５】
図4（ｂ）は図４（ａ）のＢ部の拡大図である。図４（ｂ）に示すように、例えば、緩衝層１４Ａ端部のテーパー角度θ１は、７０度以上９０度以下であり、緩衝層１４Ａに対応する領域の保護膜１４Ｂのテーパー角度θ２は、４５度以上７０度以下である。従って、緩衝層１４Ａ端部のテーパー角度θ１は、緩衝層１４Ａに対応する領域の保護膜１４Ｂのテーパー角度θ２より大きい。
【００２６】
次に、図５に示すように、スパッタ等の気相堆積法により保護膜１４Ｂの全面及び接続パッド１２を覆う電解めっき用シード層１６を形成する。
次に、図６に示すように、電解めっき用シード層１６上の配線層１９を形成する領域を除き、配線レジスト１７を形成する。
【００２７】
次に、図７に示すように、配線レジスト１７が形成されていない部分に、電解めっき用シード層１６を陰極とする電解めっきにより配線層１９を堆積する。
その後、図８に示すように、配線レジスト１７を除去する。
【００２８】
次に、図９に示すように、電解めっき用シード層１６及び配線層１９の上面にドライフィルムを貼り付け、パターニングすることで外部接続用電極２１用のレジスト２０を形成する。なお、レジスト２０には、複数の外部接続用電極２１を形成する部分に複数の開口２０ａが設けられている。
【００２９】
ここで、緩衝層１４Ａが保護膜１４Ｂにより被覆されているため、緩衝層１４Ａによる急峻な段差が保護膜１４Ｂにより緩和され、電解めっき用シード層１６の表面が平滑に形成されている。このため、電解めっき用シード層１６の表面にドライフィルムを貼り付ける際に、電解めっき用シード層１６とドライフィルムとの間に空気が入りにくく、ドライフィルムが付着しやすいという利点がある。
【００３０】
次に、図１０に示すように、電解めっき用シード層１６を陰極とする電解めっきにより、レジスト２０の開口２０ａ内に外部接続用電極２１を堆積する。
次に、図１１に示すように、レジスト２０を除去する。
【００３１】
次に、図１２に示すように、ソフトエッチングにより配線層１９、外部接続用電極２１が形成されていない領域の電解めっき用シード層１６を除去して、配線層１９とその下部の電解めっき用シード層１６との積層体である配線１５を形成する。
なお、この時、配線層１９、外部接続用電極２１の表面も電解めっき用シード層１６の厚さと同程度にエッチングされるが、配線層１９、外部接続用電極２１は電解めっき用シード層１６と比較して充分に厚いため、影響はない。
【００３２】
次に、外観検査により配線１５の断線や保護膜１４Ｂ上や外部接続用電極２１の異物の有無や配線の欠陥を確認する。次に、保護膜１４Ｂの表面を酸素プラズマにより処理することで、表面の不純な層を除去して、清浄な面を露出させ、表面の絶縁性を確保する。
【００３３】
次に、図１３に示すように、半導体基板（半導体ウエハ）１１上に、外部接続用電極２１の上部まで覆う封止樹脂２２を印刷法により充填する。
【００３４】
次に、図１４に示すように、グラインダーで封止樹脂２２を上面から研削しながら、同時に外部接続用電極２１の上部を研削することで、外部接続用電極２１及び封止樹脂２２の上面を略面一に形成する。これにより外部接続用電極２１が電解めっき時に不均一な高さに形成されていても、ほぼ同一の高さにすることができる。
次に、半導体基板（半導体ウエハ）１１の裏面を研削し、薄くする。
次に、外部接続用電極２１の上面をライトエッチングすることにより表面処理を行い、半田端子２３を設ける。その後、ダイシングすることにより、図１、図２に示す半導体装置１が完成する。
【００３５】
本実施形態に係る半導体装置１によれば、外部接続用電極２１の下部に緩衝層１４Ａを設けているので、半田端子２３及び外部接続用電極２１に作用する応力を緩衝層１４Ａにより緩衝することができる。また、保護膜１４Ｂ全体を厚くする場合と比較して、保護膜１４Ｂの残留応力による半導体基板１１の反りを抑制することができる。
【００３６】
また、配線１５の端部が緩衝層１４Ａの上部に配置されているため、緩衝層１４Ａの上部にない他の配線１５との間隔を緩衝層１４Ａの厚さ方向に開けることができる。このため、隣接する他の配線１５との半導体基板１１の平面方向の間隔を短くしても絶縁性を確保できる。
【００３７】
なお、保護膜１４Ｂの上部に緩衝層１４Ａを形成することも考えられる。しかし、緩衝層１４Ａを保護膜１４Ｂの後に形成する場合、既に開口１４ａ内には緩衝層１４Ｂの膜厚に相当する段差が形成されている。その上層に緩衝層１４Ａが積層形成され、緩衝層１４Ａの形成膜厚分が上積みされた高さ位置まで緩衝層１４Ａの材料となる感光性樹脂が接続パッド１２を露出させる開口１４ａ内にも塗布される。現像時に塗布膜の膜減りを抑えつつ前記高段差の開口１４ａ内の感光性樹脂を良好に取り除くのは難しい。
一方、緩衝層１４Ａを形成した後に保護膜１４Ｂを形成する場合、接続パッド１２の近傍には何もない状態で保護膜１４Ｂの材料となる感光性樹脂を塗布するため、このような困難性がないという利点がある。
【００３８】
また、緩衝層１４Ａの上部に保護膜１４Ｂを形成することで、緩衝層１４Ａによる急峻な段差が緩和される。即ち、緩衝層１４Ａの上面周縁部の丸みを帯びた角部は、緩衝層１４Ａを被覆する保護膜１４Ｂにより更になだらかになる。このように、緩衝層１４Ａによる段差を保護膜１４Ｂにより丸くすることで、封止樹脂２２との界面を滑らかにすることができる。更に、緩衝層１４Ａの急峻な段差部上に配線１５を形成する場合と比べて、保護膜１４Ｂ上に配線１５を形成することで、配線１５を厚く形成できる。このため、保護膜１４Ｂの上部に形成される配線１５の断線が生じにくくなると共に配線１５の抵抗が大きくならなくて済むという利点もある。
【符号の説明】
【００３９】
１、１０１  半導体装置
１１、１１１  半導体基板（半導体ウエハ）
１２、１１２  接続パッド
１３、１１３  絶縁膜
１３ａ、１４ａ、２０ａ  開口
１４Ａ  緩衝層
１４Ｂ、１１４  保護膜（絶縁膜）
１５、１１５  配線
１６、１１６  電解めっき用シード層
１７  配線レジスト
１９、１１９  配線層
２０  レジスト
２１、１２１  外部接続用電極
２２、１２２  封止樹脂
２３、１２３  半田端子
【図１】
2012028492.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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【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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