JP2012049279A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線のレイアウト設計の自由度が高く、電流リークを防止する。
【解決手段】複数の電極パッド１２、１２ncが設けられた半導体デバイスウエハ１０と、半導体デバイスウエハ１１の電極パッド１２、１２ncが設けられた面を被覆するとともに、一部の電極パッド１２を露出させる開口１４ａ、１４ｂが設けられた絶縁層１４と、開口１４ａ、１４ｂから露出された電極パッド１２及び絶縁層１４の上部に設けられた配線１５と、配線１５の端部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。絶縁層１４は、少なくとも露出されていない電極パッド１２ncの上部において、複数の絶縁膜１４Ａ、１４Ｂを積層してなる。
【選択図】図２

Description

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。

半導体装置には、図１７に示すような構造のものがある。半導体ウエハ１１１の電極パッド１１２が設けられるとともに電極パッド１１２を開口している保護絶縁膜１１３で覆われた面に絶縁層１１４が設けられ、絶縁層１１４には電極パッド１１２の中央部に対応する部分に開口１１４ａが設けられている。絶縁層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は一端部が電極パッド１１２に接続される。

配線１１５の他端部上に柱状電極１２１が設けられ、柱状電極１２１の周囲、並びに配線１１５及び絶縁層１１４が封止層１２２により封止される。柱状電極１２１は頭頂部が封止層１２２から露出し、柱状電極１２１の頭頂部に半田端子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）。

特開２００８−２１８７３１号公報

ところで、半導体装置には、複数の電極パッドの中に接続パッドとして用いない非接続パッドがある場合がある。ここで、接続パッドに接続される配線は、非接続パッドと電流リークしないように非接続パッド迂回するようなレイアウト設計しなければならず、配線のレイアウトに制限があった。

本発明の課題は、配線のレイアウト設計の自由度が高く、電流リークを防止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。

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、半導体基板と、前記半導体基板の一方の面に設けられ、前記半導体基板の電子回路或いは前記電子回路に接続された配線の少なくともいずれかに接続される接続パッドと、前記半導体基板の前記一方の面に設けられ、前記電子回路及び前記配線のいずれにも接続されていない非接続パッドと、を有する半導体デバイスウエハと、
前記半導体デバイスウエハの前記非接続パッドを被覆するとともに、前記接続パッドの少なくとも一部を露出させる開口が設けられた複数の絶縁層と、
前記開口から露出された前記接続パッドに接続され、前記絶縁層を介して前記非接続パッドと重なるように前記絶縁層の上部に設けられた配線と、
を備えることを特徴とする半導体装置が提供される。
前記開口は前記複数の絶縁層の全て同じ位置に設けられていることが好ましい。

本発明の第２の態様によれば、半導体基板と、前記半導体基板の一方の面に設けられ、前記半導体基板の電子回路或いは前記電子回路に接続された配線の少なくともいずれかに接続される接続パッドと、前記半導体基板の前記一方の面に設けられ、前記電子回路及び前記配線のいずれにも接続されていない非接続パッドと、を有する半導体デバイスウエハの前記非接続パッドを被覆するとともに、前記接続パッドの少なくとも一部を露出させる開口が設けられた複数の絶縁層を形成し、
前記開口から露出された前記接続パッドに接続され、前記絶縁層を介して前記非接続パッドと重なるように前記絶縁層の上部に配線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。
前記開口は前記複数の絶縁層の全て同じ位置に設けられていることが好ましい。

本発明によれば、集密度を高め、電流リークを防止することができる。

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１のII−II矢視断面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 半導体装置１の非接続パッド１２nc近傍の拡大断面図である。 従来の半導体装置１０１の断面図である。

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、半導体デバイスウエハ１０と、第１絶縁膜１４Ａと、第２絶縁膜１４Ｂと、配線１５と、柱状電極２１と、封止層２２と、半田端子２３と、等を備える。

半導体デバイスウエハ１０は、シリコン等の半導体からなる半導体基板１１と、金属等の導電性材料からなる複数の電極パッド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保護絶縁膜１３と、を備える。
半導体基板１１の表面又は内部には、電子回路が設けられている。
電極パッド１２は、半導体基板１１の電子回路或いは半導体基板１１の電子回路に接続された配線の少なくともいずれかに接続される接続パッド１２ｃと、半導体基板１１の電子回路及び半導体基板１１の電子回路に接続された配線のいずれにも接続されていない非接続パッド１２ｎｃと、を含む。
保護絶縁膜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、保護絶縁膜１３には、電極パッド１２のうちの接続パッド１２ｃを露出させる開口１３ａが設けられている。保護絶縁膜１３は非接続パッド１２ｎｃ上を覆っている。図１、図２に示すように、開口１３ａは電極パッド１２の接続パッド１２ｃよりも小さいため、接続パッド１２ｃの周縁部が保護絶縁膜１３に覆われている。

保護絶縁膜１３の上面には、第１絶縁膜１４Ａと第２絶縁膜１４Ｂとからなる絶縁層１４がこの順で設けられている。
第１絶縁膜１４Ａ、第２絶縁膜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。

第１絶縁膜１４Ａには、接続パッド１２ｃを露出させる開口１４ａが設けられている。開口１４ａは第１絶縁膜１４Ａが感光性樹脂であれば、半導体デバイスウエハ１０上に塗布−露光−現像−本硬化することで一括形成することができる。また、開口１４ａは、全体に第１絶縁膜１４Ａを被膜後、接続パッド１２ｃに対応する位置の第１絶縁膜１４Ａに例えばレーザ光照射をして形成することができる。図１、図２に示すように、開口１４ａは、保護絶縁膜１３の開口１３ａよりも小さく、開口１４ａの外周側で接続パッド１２ｃと第１絶縁膜１４Ａとが密着している。
なお、非接続パッド１２ｎｃ上では、開口１４ａが形成されておらず、非接続パッド１２ｎｃの上部にも保護絶縁膜１３を介して第１絶縁膜１４Ａが形成されている。

第１絶縁膜１４Ａの上面には、第２絶縁膜１４Ｂが形成されている。なお、第１絶縁膜１４Ａと第２絶縁膜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。

第２絶縁膜１４Ｂには、開口１４ａと同じ位置に、接続パッド１２ｃを露出させる開口１４ｂが設けられている。開口１４ｂは開口１４ａと同様に形成することができる。
なお、非接続パッド１２ｎｃ上では、開口１４ｂが形成されておらず、非接続パッド１２ｎｃの上部の第１絶縁膜１４Ａ上にも第２絶縁膜１４Ｂが形成されている。

開口１３ａ、１４ａ、１４ｂから露出した接続パッド１２ｃの上部、及び、第２絶縁膜１４Ｂの上面の一部には、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、第２絶縁膜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、１４ｂを介して接続パッド１２ｃに接続されている。配線１５は、シリコン基板１１に設けられた電子回路を、柱状電極２１に導通するための配線である。

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。

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１２ｃと１つ又は複数の柱状電極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。
なお、集積度を上げるため、図１、図２に示すように、接続パッド１２ｃに接続されている配線１５の一部が非接続パッド１２ｎｃと重なる位置に配置されている。非接続パッド１２ｎｃとその上部の配線１５とは、間に設けられた第１絶縁膜１４Ａ及び第２絶縁膜１４Ｂにより絶縁されている。

配線１５における接続パッド１２ｃに接続される端部とは反対側の端部は、第１絶縁膜１４Ａ及び第２絶縁膜１４Ｂ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電極２１が形成されている。柱状電極２１の直径は５０〜５００μｍである。柱状電極２１の高さは４５〜９９μｍ程度であり、配線１５の厚さと合わせて５０〜１００μｍ程度である。柱状電極２１の側面は封止層２２により保護されている。柱状電極２１の上部には、半田端子２３が設けられている。

配線１５及び第２絶縁膜１４Ｂの上部には、柱状電極２１が設けられた部分を除き、封止層２２が充填されている。封止層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）を含む。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。

次に、半導体装置１の製造方法について図３〜図１６を用いて説明する。ここで、図３〜図１６は製造途中における半導体基板１１を示す断面図である。

まず、図３に示すように、半導体基板１１上に電極パッド１２及び保護絶縁膜１３を備える、ダイシング前の半導体デバイスウエハ１０の表面に、第１絶縁膜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第１絶縁膜１４Ａを形成する。このとき、接続パッド１２ｃ上の第１絶縁膜１４Ａには、開口１４ａが設けられている。次に、図４に示すように、第２絶縁膜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第２絶縁膜１４Ｂを形成する。このとき、接続パッド１２ｃ上の第２絶縁膜１４Ｂには、開口１４ｂが設けられている。

次に、図５に示すように、スパッタ等の気相堆積法により第２絶縁膜１４Ｂの全面及び電極パッド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。

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。

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柱状電極２１用のレジスト２０を形成する。なお、レジスト２０には、複数の柱状電極２１を形成する部分に複数の開口２０ａが設けられている。

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内に柱状電極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。

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、柱状電極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、柱状電極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、柱状電極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。

次に、外観検査により配線１５の断線や半導体デバイスウエハ１０上の異物の有無を確認する。次に、第２絶縁膜１４Ｂの表面を酸素プラズマにより処理することで、表面の炭化物等の異物を除去する。

次に、図１３に示すように、印刷法により封止層２２となる樹脂を充填することで、半導体デバイスウエハ１０上に、柱状電極２１の上部まで覆う封止層２２を形成する。

次に、図１４に示すように、グラインダーで封止層２２を上面から切削しながら、柱状電極２１の上部を切削することで、柱状電極２１及び封止層２２の上面を略面一に形成する。これにより柱状電極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、柱状電極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、図１５に示すように、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。

ところで、保護絶縁膜１３、第１絶縁膜１４Ａや第２絶縁膜１４Ｂに微小なピンホールが生じる場合も考えられる。図１６は何らかの要因で保護絶縁膜１３に微小なピンホール１３ｂ、第１絶縁膜１４Ａ及び第２絶縁膜１４Ｂに微小なピンホール１４ｃ、１４ｄが生じた状態を示す、半導体装置１の非接続パッド１２ｎｃ近傍の拡大断面図である。図１６に示すように、ピンホール１３ｂ、ピンホール１４ｃ、１４ｄの位置は確率的にずれているので、配線１５（接続パッド１２ｃ）と非接続パッド１２ｎｃとの絶縁は保たれる。また、保護絶縁膜１３、第１絶縁膜１４Ａ及び第２絶縁膜１４Ｂのうちの一層乃至二層にピンホールが形成されても残り二層乃至一層にピンホールが形成されていなければ絶縁は保たれる。

もし絶縁膜が１層である場合、ピンホール内に電解めっき用シード層１６や配線層１９が形成されることで、配線１５（接続パッド１２ｃ）が非接続パッド１２ｎｃと導通してしまうおそれがある。

これに対して、本実施形態においては、第１絶縁膜１４Ａと第２絶縁膜１４Ｂとが積層されているので、仮に保護絶縁膜１３、第１絶縁膜１４Ａや第２絶縁膜１４Ｂに微小なピンホール１３ｂ、１４ｃ、１４ｄが形成されたとしても、ピンホール１３ｂ、１４ｃ、１４ｄが全く同じ位置に形成されることはほとんどないと考えられる。また、第１絶縁膜１４Ａにピンホール１４ｃが形成されたとしても、図１６に示すように、ピンホール１４ｃが後から形成した第２絶縁膜１４Ｂにより埋められる。第２絶縁膜１４Ｂにピンホール１４ｄが形成され、ピンホール１４ｄ内に電解めっき用シード層１６が形成されたとしても、第１絶縁膜１４Ａがあるため、配線１５は非接続パッド１２ｎｃと導通しない。このため、絶縁層１４を介して非接続パッド１２ｎｃと配線１５を重ねて配置することができ、配線１５の集密度を高めることができる。

なお、以上の実施形態においては、第１絶縁膜１４Ａの上部全面に第２絶縁膜１４Ｂを形成したが、本発明はこれに限らない。例えば、非接続パッド１２ｎｃと重なる位置にのみ第２絶縁膜１４Ｂを部分的に形成してもよい。あるいは、非接続パッド１２ｎｃの上部にのみ第１絶縁膜１４Ａを部分的に形成し、第１絶縁膜１４Ａ及び保護絶縁膜１３の上部に第２絶縁膜１４Ｂを形成してもよい。
また、以上の実施形態においては、絶縁層１４を２層としたが、さらに３層以上の多層としてもよい。
また、以上の実施形態においては、保護絶縁膜１３には、接続パッド１２ｃに対応する位置にのみ開口１３ａを設けたが、接続パッド１２ｃ及び非接続パッド１２ｎｃの両方に開口１３ａを設けてもよく、このような構造においても、配線１５との間に複数の絶縁膜１４を設けることによって非接続パッド１２ｎｃの絶縁性を維持することができる。

１、１０１ 半導体装置
１０ 半導体デバイスウエハ
１１、１１１ 半導体基板
１２、１１２ 電極パッド
１３、１１３ 保護絶縁膜
１４、１１４ 絶縁層
１４Ａ、１４Ｂ 絶縁膜
１３ａ、１４ａ、１４ｂ、２０ａ、１１４ａ 開口
１４ｃ、１４ｄ ピンホール
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
２１、１２１ 柱状電極（外部接続用電極）
２２、１２２ 封止層
２３、１２３ 半田端子

Claims (4)

1. 半導体基板と、前記半導体基板の一方の面に設けられ、前記半導体基板の電子回路或いは前記電子回路に接続された配線の少なくともいずれかに接続される接続パッドと、前記半導体基板の前記一方の面に設けられ、前記電子回路及び前記配線のいずれにも接続されていない非接続パッドと、を有する半導体デバイスウエハと、
   前記半導体デバイスウエハの前記非接続パッドを被覆するとともに、前記接続パッドの少なくとも一部を露出させる開口が設けられた複数の絶縁層と、
   前記開口から露出された前記接続パッドに接続され、前記絶縁層を介して前記非接続パッドと重なるように前記絶縁層の上部に設けられた配線と、
   を備えることを特徴とする半導体装置。
2. 前記開口は前記複数の絶縁層の全て同じ位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 半導体基板と、前記半導体基板の一方の面に設けられ、前記半導体基板の電子回路或いは前記電子回路に接続された配線の少なくともいずれかに接続される接続パッドと、前記半導体基板の前記一方の面に設けられ、前記電子回路及び前記配線のいずれにも接続されていない非接続パッドと、を有する半導体デバイスウエハの前記非接続パッドを被覆するとともに、前記接続パッドの少なくとも一部を露出させる開口が設けられた複数の絶縁層を形成し、
   前記開口から露出された前記接続パッドに接続され、前記絶縁層を介して前記非接続パッドと重なるように前記絶縁層の上部に配線を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 前記開口は前記複数の絶縁層の全て同じ位置に設けられていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。

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