JP2008235699A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】フリップチップ接続部のパッド−樹脂間における剥がれ等の発生を効果的に抑制することができ、信頼性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体チップ11上に第1の樹脂層12を形成し、この第1の樹脂層12上に配線13を形成し半導体チップ11の電極と電気的に接続する。このうち、高純度の銅層である第1の配線層13aはスパッタリングにより第1の樹脂層12上に異種金属を介在させることなく形成し、第2の配線層13bは銅の電気めっきにより形成する。配線13を形成後、200℃以上の温度で熱処理を行う。フリップチップ接続のバンプとなるはんだボール15は、配線13に含まれるフリップチップパッド14上に形成する。
【選択図】図1An object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device and a method for manufacturing the same, which can effectively suppress the occurrence of peeling between a pad and a resin in a flip chip connecting portion.
A first resin layer is formed on a semiconductor chip, a wiring is formed on the first resin layer, and is electrically connected to an electrode of the semiconductor chip. Of these, the first wiring layer 13a, which is a high-purity copper layer, is formed on the first resin layer 12 without sputtering with a dissimilar metal, and the second wiring layer 13b is formed by copper electroplating. To do. After the wiring 13 is formed, heat treatment is performed at a temperature of 200 ° C. or higher. Solder balls 15 serving as bumps for flip chip connection are formed on flip chip pads 14 included in the wiring 13.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、信頼性に優れたフリップチップ接続部が得られる半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a semiconductor device and a manufacturing method thereof in which a flip chip connecting portion excellent in reliability can be obtained.
LSI(Large Scale Integrated Circuit:大規模集積回路)等の半導体素子は、シリコン等からなる半導体チップ又はウエハの表面に形成される。これらの半導体チップ等は、例えばフリップチップ接続におけるはんだの溶融、熱サイクル試験、及び半導体素子からの発熱等により加熱・冷却の熱サイクルが印加される。 Semiconductor elements such as LSI (Large Scale Integrated Circuit) are formed on the surface of a semiconductor chip or wafer made of silicon or the like. These semiconductor chips and the like are subjected to a heat cycle of heating / cooling by, for example, melting of solder in a flip chip connection, a heat cycle test, and heat generation from the semiconductor element.
このとき、半導体チップと実装基板との接続部に、夫々に使用される異種材料間の熱膨張係数の差に起因する熱応力が発生する。例えば、半導体素子を搭載する基板の多くは、樹脂等の有機材料又は樹脂等を構成材料とするFR−4等のコンポジット材料からなる。その熱膨張係数(線膨張係数)は、10乃至数十ppm/Kであり、シリコンの約4ppm/Kよりもかなり大きい。この熱応力は、例えばフリップチップ接続部のパッド−樹脂間の界面に働き、熱応力が大きくなると界面における剥がれを引き起こすこととなる。 At this time, thermal stress is generated at the connection portion between the semiconductor chip and the mounting substrate due to the difference in thermal expansion coefficient between different materials used respectively. For example, many substrates on which semiconductor elements are mounted are made of an organic material such as a resin or a composite material such as FR-4 having a resin or the like as a constituent material. Its thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) is 10 to several tens of ppm / K, which is considerably larger than about 4 ppm / K of silicon. This thermal stress acts on, for example, the pad-resin interface of the flip chip connecting portion, and when the thermal stress increases, peeling at the interface is caused.
このような熱応力を緩和する方法として、従来から半導体装置に応力を緩和するような構造を設けることが種々検討されている。例えば、特許文献1には、半導体チップとバンプ等の電極との間に樹脂層を設ける構造が開示されている。図3は、特許文献1の従来の半導体装置を示す断面図である。 As a method of relieving such thermal stress, various studies have been conventionally made on providing a semiconductor device with a structure that relieves stress. For example, Patent Document 1 discloses a structure in which a resin layer is provided between a semiconductor chip and electrodes such as bumps. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor device of Patent Document 1. In FIG.
図3に示すように、半導体素子101上にパッシベーション膜103が形成され、更に第1の樹脂層104が形成されている。配線106は、一部が第1の樹脂層104上になるように形成され、パッシベーション膜103及び第1の樹脂層104に設けられた開口部108を介して半導体素子電極部102と電気的に接続されている。また、配線106は、開口部108の形状に合わせて複数の平面部が相互に所定の角度109をなすように形成されている。パッケージ電極107は、第1の樹脂層104上に形成された配線106の平面部の上に形成されている。第2の樹脂層105は、パッケージ電極107の一部を除き配線106等を覆うように形成されている。このように構成された従来の半導体装置は、半導体装置に印加される熱サイクルに対して第1の樹脂層104、第2の樹脂層105及び配線106が適度に変形することにより、主に樹脂層と半導体チップとの熱膨張係数差に起因して発生する熱応力を緩和しようとするものである。
As shown in FIG. 3, a
しかしながら、上述した従来の半導体装置には以下に示すような問題点がある。加熱・冷却による半導体装置の熱歪みは、半導体チップの中心からの距離に比例して大きくなる。このため、半導体チップが大型である場合、半導体チップと樹脂層等とは半導体チップの端部において相対的に計算上数十乃至100μm程度の大きな変位を生じることになる。このように変位、換言すれば応力が大きくなると、上述したような応力緩和構造だけでは応力を緩和しきれなくなるため、パッド−樹脂間(図3における配線106と第1の樹脂層104との間)に剥がれ等が生じるという問題点がある。
However, the conventional semiconductor device described above has the following problems. Thermal distortion of the semiconductor device due to heating / cooling increases in proportion to the distance from the center of the semiconductor chip. For this reason, when the semiconductor chip is large, the semiconductor chip and the resin layer and the like cause a large displacement of about several tens to 100 μm in terms of calculation at the end of the semiconductor chip. If the displacement, in other words, the stress becomes large, the stress cannot be alleviated by the above-described stress relaxation structure alone. Therefore, between the pad and the resin (between the
このパッド−樹脂間の剥がれは直接電気的な断線をもたらすものではないが、アンダーフィル樹脂の充填後等にパッド−樹脂間で剥がれが生じると、そこには閉空間が形成される。この閉空間は、その後の例えば半導体チップを基板にはんだ付けする際の加熱処理時に、樹脂層等にクラックが生じる原因となる。特に、湿度の高い状態ではこの閉空間に水分が溜まることになり、この水分がその後の加熱処理によって気化することにより発生する応力等のため、基板等にクラックが生じることもある。更に、発生した剥がれは、熱サイクルが印加されることにより経時的に進展するため、半導体素子の信頼性を低下させる原因となる。なお、これらの剥がれ・閉空間はSAT(Scan Acoustic Tomograph:走査型超音波トモグラフ)により観察される。 This peeling between the pad and the resin does not directly cause an electrical disconnection, but when peeling occurs between the pad and the resin after filling with the underfill resin, a closed space is formed there. This closed space causes cracks in the resin layer or the like during the subsequent heat treatment when soldering, for example, the semiconductor chip to the substrate. In particular, moisture is accumulated in this closed space in a high humidity state, and cracks may be generated in the substrate or the like due to stress generated by the moisture being vaporized by the subsequent heat treatment. Furthermore, the generated peeling progresses with time due to the application of a thermal cycle, which causes a decrease in the reliability of the semiconductor element. In addition, these peeling and closed spaces are observed by SAT (Scan Acoustic Tomograph).
一方、ポリイミド等の樹脂上に配線又はパッドを形成する場合は、樹脂と配線又はパッドとの剥がれを防ぐため、配線又はパッドと樹脂層との間にクロム(Cr)又はチタン(Ti)等の接着金属を介在させる方法が知られている。しかしながら、例えばクロムは環境負荷等の面から好ましくなく、チタン等は配線又はパッドの上層に設ける樹脂層のキュア工程又ははんだ付け等の加熱工程により接着強度が低下してしまうという問題点がある。 On the other hand, when a wiring or pad is formed on a resin such as polyimide, in order to prevent peeling between the resin and the wiring or pad, chromium (Cr) or titanium (Ti) or the like is provided between the wiring or pad and the resin layer. A method of interposing an adhesive metal is known. However, for example, chromium is not preferable from the viewpoint of environmental load and the like, and titanium has a problem that the adhesive strength is reduced by a curing process of a resin layer provided on the upper layer of the wiring or the pad or a heating process such as soldering.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、フリップチップ接続部の配線又はパッドと樹脂との間における剥がれの発生を効果的に抑制することができ、信頼性に優れた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。 The present invention has been made in view of such a problem, and can effectively suppress the occurrence of peeling between the wiring or pad of the flip chip connecting portion and the resin, and has excellent reliability. And it aims at providing the manufacturing method.
本発明に係る半導体装置は、半導体チップと、この半導体チップ上に形成された第1の樹脂層と、少なくとも一部が前記第1の樹脂層上に形成され前記半導体チップに設けられた第1の電極と電気的に接続されている複数層の配線と、前記第1の樹脂層上に形成されている前記配線の表面上に直接又はパッドを介して形成され外部とフリップチップ接続されている第2の電極と、を有し、前記複数層の配線のうち前記第1の樹脂層と接する側から順に第1及び第2の配線層は共に銅を主成分とし、前記第1の配線層は、前記第1の樹脂層との間に銅以外の金属を主成分とする層を介在させることなく形成され、銅の純度が前記第2の配線層の銅の純度より高いことを特徴とする。 A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor chip, a first resin layer formed on the semiconductor chip, and at least a part of the first resin layer formed on the first resin layer and provided on the semiconductor chip. A plurality of layers of wirings that are electrically connected to the electrodes of the first layer and the surface of the wirings formed on the first resin layer, either directly or via a pad, are flip-chip connected to the outside. And the first and second wiring layers are composed mainly of copper in order from the side in contact with the first resin layer in the plurality of wiring layers, and the first wiring layer Is formed without interposing a layer mainly containing a metal other than copper between the first resin layer, and the purity of copper is higher than that of the second wiring layer. To do.
本発明においては、半導体チップ上に形成された第1の樹脂層上に形成する配線を、銅を主成分とする第1及び第2の配線層を含む複数層で構成する。また、銅の純度が高い第1の配線層を、異種金属が主成分である層を介することなく第1の樹脂層上に形成する。これにより、半導体装置の製造プロセス中の加熱処理により例えばシード層に用いられる異種金属層と第1の樹脂層との接着強度が低下するということがない。このため、配線(パッドを含む)と第1の樹脂層との剥がれの発生を防止することができ、信頼性の高いフリップチップ接続部を有する半導体装置を得ることができる。また、第1の配線層と第1の樹脂層とで熱応力等を緩和する構造を構成することで、より効果的に剥がれの発生を防止することができる。更に、第1の樹脂層よりも銅の純度が低い第2の配線層を設けることにより、上記の接着強度についての効果を得ながら、より効率的に配線層を形成することができる。なお、本明細書において「銅を主成分とする」とは、材料中の銅元素の比率(純度)が50質量%以上であることをいい、銅の電気めっき又は無電解めっき等により形成することができる材料を含む。 In the present invention, the wiring formed on the first resin layer formed on the semiconductor chip is composed of a plurality of layers including the first and second wiring layers mainly composed of copper. Further, the first wiring layer having a high copper purity is formed on the first resin layer without using a layer mainly composed of a different metal. Thereby, the adhesive strength between the dissimilar metal layer used for the seed layer and the first resin layer is not lowered by the heat treatment during the manufacturing process of the semiconductor device. For this reason, it is possible to prevent the wiring (including the pad) and the first resin layer from being peeled off, and to obtain a semiconductor device having a highly reliable flip chip connecting portion. Further, by forming a structure that relaxes thermal stress and the like by the first wiring layer and the first resin layer, the occurrence of peeling can be more effectively prevented. Furthermore, by providing the second wiring layer having a copper purity lower than that of the first resin layer, the wiring layer can be formed more efficiently while obtaining the effect on the adhesive strength. In the present specification, “having copper as a main component” means that the ratio (purity) of a copper element in a material is 50% by mass or more, and is formed by electroplating or electroless plating of copper. Including material that can.
この場合に、前記第1の配線層はスパッタリング法により形成され、前記第2の配線層はめっき法により形成されていてもよい。 In this case, the first wiring layer may be formed by a sputtering method, and the second wiring layer may be formed by a plating method.
また、前記第1の樹脂層及び前記第1の配線層は、この第1の配線層の形成後に200℃以上の温度で熱処理されていることが好ましい。これにより、第1の配線層と第1の樹脂層との接着強度を更に増すことができるため、半導体装置の信頼性をより向上させることができる。 Further, it is preferable that the first resin layer and the first wiring layer are heat-treated at a temperature of 200 ° C. or higher after the formation of the first wiring layer. Thereby, since the adhesive strength between the first wiring layer and the first resin layer can be further increased, the reliability of the semiconductor device can be further improved.
更に、前記第1の樹脂層は、ポリイミド系樹脂を主成分とすることができる。 Furthermore, the first resin layer can contain a polyimide resin as a main component.
更にまた、前記配線の少なくとも一部を覆うように形成された第2の樹脂層を有していてもよい。この場合に、前記第2の樹脂層は、ポリイミド系樹脂を主成分とすることができる。 Furthermore, you may have the 2nd resin layer formed so that at least one part of the said wiring might be covered. In this case, the second resin layer can contain a polyimide resin as a main component.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体チップ上に第1の樹脂層を形成する工程と、この第1の樹脂層と接する側から順に銅を主成分とする第1及び第2の配線層を含む複数層の配線を、その一部が前記第1の樹脂層上に形成され前記半導体チップに設けられた第1の電極と電気的に接続されるように形成する工程と、前記第1の樹脂層上に形成されている前記配線の表面上に直接又はパッドを介して第2の電極を形成する工程と、を有し、前記第1の配線層を、前記第1の樹脂層との間に銅以外の金属を主成分とする層を介在させることなく、銅の純度が前記第2の配線層の銅の純度よりも高くなるように形成し、前記第1の樹脂層及び前記第1の配線層を形成後に200℃以上の温度で熱処理を行うことを特徴とする。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first resin layer on a semiconductor chip, and first and second wirings containing copper as a main component in order from the side in contact with the first resin layer. Forming a plurality of wiring layers including a layer so that a part of the wiring is formed on the first resin layer and electrically connected to a first electrode provided on the semiconductor chip; Forming a second electrode directly or via a pad on the surface of the wiring formed on the first resin layer, the first wiring layer being the first resin layer. Without interposing a layer containing a metal other than copper as a main component, the purity of copper is higher than that of the second wiring layer, and the first resin layer and A heat treatment is performed at a temperature of 200 ° C. or higher after forming the first wiring layer.
この場合に、前記第1の配線層をスパッタリング法により形成し、前記第2の配線層をめっき法により形成することとしてもよい。これにより、第1の配線層としてスパッタターゲットの銅純度を反映した高純度の銅層を形成することができる。また、スパッタリングは真空中で行われるため、接着強度低下の原因となる銅酸化膜が形成されることなく第1の配線層を形成することができる。更に、第2の配線層をめっき法により形成することで、接着強度の効果を得ながら効率よく配線層を形成することができる。 In this case, the first wiring layer may be formed by a sputtering method, and the second wiring layer may be formed by a plating method. Thereby, a high purity copper layer reflecting the copper purity of the sputtering target can be formed as the first wiring layer. Further, since the sputtering is performed in a vacuum, the first wiring layer can be formed without forming a copper oxide film that causes a decrease in adhesive strength. Furthermore, by forming the second wiring layer by a plating method, it is possible to efficiently form the wiring layer while obtaining the effect of adhesive strength.
また、更に、前記配線の一部を覆うように第2の樹脂層を形成する工程と、前記第2の樹脂層に対するキュア工程と、を有することとしてもよい。この場合に、前記熱処理を、前記第2の樹脂層に対するキュア工程により行うことができる。これにより、第1の半導体層と第1の樹脂層との接着強度を高めるために別の熱処理工程を設けることなく、効率よく接着強度を高めることができる。 Furthermore, it is good also as having the process of forming a 2nd resin layer so that a part of said wiring may be covered, and the curing process with respect to the said 2nd resin layer. In this case, the heat treatment can be performed by a curing process for the second resin layer. Thereby, in order to raise the adhesive strength of a 1st semiconductor layer and a 1st resin layer, an adhesive strength can be raised efficiently, without providing another heat processing process.
本発明によれば、フリップチップ接続部の配線又はパッドと樹脂との間における剥がれの発生を効果的に抑制することができ、信頼性に優れた半導体装置が得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, generation | occurrence | production of peeling between the wiring or pad of a flip chip connection part, and resin can be suppressed effectively, and the semiconductor device excellent in reliability is obtained.
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1(a)は、本第1実施形態に係る半導体装置を示す断面図であり、図1(b)は、配線13及びフリップチップパッド14を示す平面図である。なお、図1は、半導体チップと基板との間に複数形成されるフリップチップ接続部のうちの1つのみを拡大表示したものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1A is a cross-sectional view showing the semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 1B is a plan view showing the
図1に示すように、半導体チップ11の表面上に第1の樹脂層12が形成されている。第1の樹脂層12としては、例えばポリイミド樹脂が用いられる。第1の樹脂層12及びその開口部の表面には配線13が形成されている。配線13は、第1の樹脂層12に設けられた開口部の形状に合わせて複数の平面部が相互に所定の角度をなすように形成され、図示しない半導体チップ11の電極と電気的に接続されている。これらの第1の樹脂層12と配線13とは、後述するいわゆる応力緩和構造を構成している。配線13のうち、第1の樹脂層12の表面に形成された平面部の一部はフリップチップパッド14である。このフリップチップパッド14上には、図示しない基板とフリップチップ接続する際にバンプとなるはんだボール15が設けられている。
As shown in FIG. 1, a
配線13は、銅を主成分とし、相互に銅の純度が異なる第1の配線層13a及び第2の配線層13bが積層されることにより構成されている。このうち、第1の樹脂層12に接する第1の配線層13aは、その上に形成されている第2の配線層13bよりも高い銅純度を有している。また、第1の樹脂層12上に配線13が形成された後、200℃以上の温度で熱処理が施されている。
The
半導体装置には、上述したように製造時、試験時及び使用時に種々の理由により加熱・冷却の熱サイクルが印加される。この際に、半導体チップ又はシリコン基板等と樹脂等との熱膨張係数の差に基づく熱応力が発生する。この熱応力が大きくなると、例えば図1に示す配線13(及びフリップチップパッド14)と第1の樹脂層12との間に剥がれが発生し、この剥がれは経時的に進展して半導体装置の信頼性低下の原因となる。
As described above, a heating / cooling thermal cycle is applied to a semiconductor device for various reasons during manufacturing, testing, and use. At this time, thermal stress is generated based on the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor chip or the silicon substrate or the like and the resin or the like. When this thermal stress increases, for example, peeling occurs between the wiring 13 (and flip chip pad 14) shown in FIG. 1 and the
通常のフリップチップ接続においては、フリップチップパッド14がチップ11上に直に形成されているため、フリップチップ接続されている基板とチップの熱膨張係数の差に起因する熱応力が直接半導体チップに印加される。しかし、図1に示す応力緩和構造においては、基板側の電極にフリップチップ接続されるバンプ等の電極(はんだボール15)と半導体チップ11に設けられた電極との間に配線13が設けられている。この配線13は、所定の角度を有する複数の平面部を有しているため、半導体装置に印加された熱サイクルによる熱応力は、配線13が適度に変形することにより緩和される。また、配線13を含むフリップチップ接続部と半導体チップ11との間には第1の樹脂層12が設けられているため、熱歪みに対してこの第1の樹脂層12が適度に変形することによっても応力が緩和される。これにより、半導体チップ11に印加される応力が小さくなるため、半導体チップ11等の破壊を防止することができる。特に、半導体チップ等に比較的機械的強度の低いlow−k(低誘電率)材料が使用されている場合には有効な手段である。なお、第1の樹脂層12としてはポリイミド樹脂以外にも種々のものを用いることができる。応力により樹脂が容易に変形するという観点からは、弾性率の小さい樹脂が望ましいが、熱歪みを効率よく分散させ、半導体チップ11への影響を抑制するという観点からは、やや弾性率の大きいものが望ましい。
In normal flip chip connection, since the
しかしながら、例えばチップが大型の場合等、熱歪みが大きくなると図1に示す応力緩和構造を有していても配線又はパッドと樹脂層との間に剥がれ等が生じる可能性がある。従来の半導体装置においては、例えばアディティブ法により配線又はパッドを形成する際、先ず樹脂層上にTi等がシード層として形成され、その後めっき等により銅の配線層が形成される。このように、銅と樹脂層との間にTi等が介在すると、その後の工程における加熱によりこのTi等と樹脂層との接着強度が低下してしまう。このため、応力緩和構造の効果を十分に発揮できない場合があったと考えられる。 However, when the thermal strain increases, for example, when the chip is large, even if the stress relaxation structure shown in FIG. 1 is provided, peeling or the like may occur between the wiring or pad and the resin layer. In a conventional semiconductor device, for example, when a wiring or a pad is formed by an additive method, Ti or the like is first formed as a seed layer on a resin layer, and then a copper wiring layer is formed by plating or the like. As described above, when Ti or the like is interposed between the copper and the resin layer, the adhesive strength between the Ti and the resin layer is reduced by heating in the subsequent process. For this reason, it is thought that there was a case where the effect of the stress relaxation structure could not be sufficiently exhibited.
本実施形態の半導体装置においては、樹脂層の表面にTi等の異種金属層を介在させることなく、スパッタリングにより銅の純度が高い第1の配線層13aが形成されている。また、その上に電気めっきにより銅を主成分とする第2の配線層13bが形成されている。これにより、異種金属層を設けた場合のように半導体装置の製造プロセス中の加熱処理により第1の樹脂層12との接着強度が低下することがない。更に、200℃以上の温度で熱処理を行うことにより、第1の配線層13aと第1の樹脂層12との接着強度を高くすることができる。これは、200℃以上の温度で熱処理を行うことにより、銅層と樹脂層との接着強度が高くなるという実験結果に基づくものである。なお、このように高温下で接着強度が向上するメカニズムの詳細は明らかとはなっていない。例えば、第1の樹脂層12として用いられるようなポリイミド系樹脂(ポリイミド結合を有するポリマーを含む。)については、加熱によりポリイミドの極性基(カルボン酸基及びアミド基等)と銅とが何らかの反応を起こし接着強度が高くなるものと考えられる。また、本実施形態においては、第1の樹脂層12上に配線13を形成した後に熱処理を行うために、第1の配線層13aと第1の樹脂層12との界面において銅が酸化されることがない。このことが、熱処理による接着強度の向上に寄与していると考えられる。なお、樹脂層と接していない側の銅が酸化されることも望ましくないため、配線13形成後の熱処理は窒素雰囲気等の酸化反応が起きにくい条件下で行うのが好適である。
In the semiconductor device of the present embodiment, the
このような接着強度向上の効果は、樹脂層と接する配線層の銅純度が高い方が大きくなると考えられる。このため、スパッタリングにより銅純度が高い第1の配線層13aを形成することが好適である。また、熱処理の温度については、接着強度は温度が高い方が向上する傾向にある。より具体的には、熱処理の温度を200℃より低くすると接着強度は殆ど向上しない。これに対して、熱処理の温度を200℃以上とすると、接着強度は温度が上昇するに伴って高くなる。熱処理の温度を250℃以上、更に300℃以上とすると、接着強度を更に高くすることができる。
Such an effect of improving the adhesive strength is considered to be greater when the copper purity of the wiring layer in contact with the resin layer is higher. For this reason, it is preferable to form the
また、後述するように、配線13をスパッタリングによる第1の配線層13aとめっき等による第2の配線層13bの2層構造とすることにより、上記の接着強度向上の効果を得ながら効率よく銅の配線層を形成することができる。以上説明したように、本実施形態によれば、銅の配線層と樹脂層との接着強度を効果的に向上させることができ、応力緩和構造と併用することでより信頼性に優れたフリップチップ接続部を有する半導体装置を得ることができる。
Further, as will be described later, the
なお、図1に示す本実施形態においては、いわゆる応力緩和構造の一例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、配線形状を曲線又は波型の形状に形成することとしてもよく、それ以外の公知の応力緩和構造を適用することとしてもよい。また、本発明によれば配線層と樹脂層との関係において高い接着強度を有するため、応力緩和構造として構成されていない配線構造に本発明を適用することとしてもよい。 In addition, in this embodiment shown in FIG. 1, although an example of what is called a stress relaxation structure is shown, this invention is not limited to this. For example, the wiring shape may be formed in a curved or corrugated shape, and other known stress relaxation structures may be applied. In addition, according to the present invention, the present invention may be applied to a wiring structure that is not configured as a stress relaxation structure because it has high adhesive strength in the relationship between the wiring layer and the resin layer.
また、図1に示す本実施形態においては、配線13を第1の配線層13aと第2の配線層13bとの2層構造としているが、更に多層構造として配線13を構成することもできる。
In the present embodiment shown in FIG. 1, the
更に、図1に示す本実施形態においては、はんだボール15をフリップチップ接続のバンプとして構成しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、印刷バンプ又は金バンプ等のバンプを用いることとしてもよい。
Furthermore, in this embodiment shown in FIG. 1, the
以下に、図1に示す本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。先ず、図1(a)に示すように、半導体チップ11上に第1の樹脂層12を形成する。この際、図示しない半導体チップ11の電極が露出するようにフォトリソグラフィ法等により開口部を形成する。この開口部は、後の工程で形成される配線13の平面部が相互に例えば所定の鈍角をなすようなテーパ形状とする。
A method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 1 will be described below. First, as shown in FIG. 1A, the
次に、半導体チップ11の電極と後の工程で形成されるはんだボール15とを電気的に接続するための配線13を形成する。ここでは、先ず、銅をスパッタリングすることにより第1の配線層13aを形成する。この際、スパッタリングは真空中で行われるため、スパッタターゲットの銅純度を反映した高純度の銅層を形成することができ、樹脂層との接着強度が低下する原因となる銅酸化膜は生成されない。その後、電解めっきにより第2の配線層13bとなる銅層を更に形成し、エッチングにより配線13を形成する。なお、配線13は、図1(b)に示すようにフリップチップパッド14を含むように形成されている。
Next, the
次に、この配線13まで形成された半導体装置に対し、例えば200℃以上の温度で熱処理を行う。これにより、第1の樹脂層12と高純度の銅層である第1の配線層13aとの接着強度が高くなる。なお、熱処理は例えば図示しない樹脂層等に対する熱処理を兼ねるものであってもよい。また、熱処理時の温度は、第1の樹脂層12と第1の配線層13aとの接着強度を高める目的においては200℃より高い方が好ましく、例えば250℃、より好ましくは300℃以上である。
Next, heat treatment is performed on the semiconductor device formed up to the
次に、フリップチップパッド14上にはんだボール15を形成する。このはんだボール15は、実装基板側の電極とフリップチップ接続される際にバンプとなるものである。これにより、図1に示す半導体装置が得られる。
Next,
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図2は、本第2実施形態の半導体装置を示す構成図である。なお、図2について以下に示す事項以外は第1の実施形態と同様であるので、図2において、図1と同一構成物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a configuration diagram showing the semiconductor device of the second embodiment. 2 is the same as that of the first embodiment except for the matters described below. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図2に示すように、本実施形態の半導体装置においては、第1の樹脂層12及び配線13を覆うように第2の樹脂層16が形成されている。この第2の樹脂層16に設けられた開口部を介して配線13上にフリップチップパッド14が形成されている。はんだボール15は、このフリップチップパッド14上に形成されている。なお、第2の樹脂層16としては、例えばポリイミド樹脂が用いられる。上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。
As shown in FIG. 2, in the semiconductor device of this embodiment, a
上層樹脂層である第2の樹脂層16は、配線を外部から保護する効果を有しており、また、パッド部の必要な部分以外にはんだが付着するのを防ぐソルダーレジストとしても機能するものである。この第2の樹脂層16は、スピンコート又はドライフィルムラミネート等の後にキュア(熱硬化)工程を行うことにより成膜するが、このキュア工程が上述した熱処理に該当する。例えば、第2の樹脂層16のポリイミドの場合は、通常250℃以上の温度でキュア工程が行われる。また、ポリイミドの種類によっては300℃以上の熱処理を必要とする場合もある。これにより、第1の配線層13aと第1の樹脂層12との接着強度を向上させることができ、第1の実施形態と同様に信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
The
本発明は、例えば基板上にフリップチップ接続により搭載される半導体チップを有する半導体装置に好適に利用することができる。 The present invention can be suitably used for, for example, a semiconductor device having a semiconductor chip mounted on a substrate by flip chip connection.
11;半導体チップ
12;第1の樹脂層
13;配線
14;フリップチップパッド
15;はんだボール
16;第2の樹脂層
101;半導体素子
102;半導体素子電極部
103;パッシベーション膜
104;第1の樹脂層
105;第2の樹脂層
106;配線
107;パッケージ電極
108;開口部
109;所定の角度
11;
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007075255A JP2008235699A (en) | 2007-03-22 | 2007-03-22 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2007075255A JP2008235699A (en) | 2007-03-22 | 2007-03-22 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008235699A true JP2008235699A (en) | 2008-10-02 |
Family
ID=39908119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007075255A Pending JP2008235699A (en) | 2007-03-22 | 2007-03-22 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2008235699A (en) |
-
2007
- 2007-03-22 JP JP2007075255A patent/JP2008235699A/en active Pending
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