JP2007317692A - Semiconductor device, and its manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
従来の半導体装置には、CSP(chip size package)と呼ばれるもので、半導体基板上に設けられた酸化シリコン等からなるパッシベーション膜の上面にポリイミド系樹脂からなる保護膜が設けられ、保護膜の上面に配線が設けられ、配線の接続パッド部上面に柱状電極が設けられ、配線上および保護膜の上面にエポキシ系樹脂等からなる封止膜がその上面が柱状電極の上面と面一となるように設けられ、柱状電極の上面に半田ボールが設けられたものがある(例えば、特許文献1参照)。 A conventional semiconductor device is called a CSP (chip size package), and a protective film made of polyimide resin is provided on an upper surface of a passivation film made of silicon oxide or the like provided on a semiconductor substrate. Wiring is provided, columnar electrodes are provided on the upper surface of the connection pad portion of the wiring, and an upper surface of the sealing film made of epoxy resin on the wiring and the upper surface of the protective film is flush with the upper surface of the columnar electrode. And a solder ball is provided on the upper surface of the columnar electrode (see, for example, Patent Document 1).
ところで、最近では、上記のような半導体装置を高周波用として用いるため、保護膜(絶縁膜)の材料として、誘電率がポリイミド系樹脂の誘電率3.3程度よりも低いBCB(benzocyclobutene)(誘電率2.5程度)等の低誘電率材料を用いる技術が注目されている。この場合、上記のような半導体装置には、半導体基板上のパッシベーション膜上に絶縁膜と配線とを交互に積層して多層配線構造としたものがある。 Recently, since the semiconductor device as described above is used for high frequency, BCB (benzocyclobutene) (dielectric) having a dielectric constant lower than the dielectric constant of about 3.3 of a polyimide resin is used as a material for the protective film (insulating film). A technique using a low dielectric constant material such as a ratio of about 2.5) has attracted attention. In this case, some semiconductor devices as described above have a multilayer wiring structure in which insulating films and wirings are alternately stacked on a passivation film on a semiconductor substrate.
しかして、BCB等の低誘電率材料は、その分子組成が電気双極子を持たない、非極性結合を有するものであるために、このような材料を用いて多層配線構造を形成すると絶縁膜相互の界面の結合力が不足し、半導体ウエハをダイシングする工程において、絶縁膜が剥離するという問題がある。絶縁膜の剥離は、水分の浸入や、機械的ストレスの発生に直結するため、半導体装置の信頼性を大きく損なうものである。 A low dielectric constant material such as BCB has a non-polar bond with a molecular composition that does not have an electric dipole. Therefore, when a multilayer wiring structure is formed using such a material, insulating films can be connected to each other. There is a problem that the insulating film peels off in the process of dicing the semiconductor wafer due to insufficient bonding force at the interface. The peeling of the insulating film is directly linked to the ingress of moisture and the occurrence of mechanical stress, and thus greatly impairs the reliability of the semiconductor device.
そこで、この発明は、BCB等の低誘電率材料からなる絶縁膜の相互の剥離を確実に防止して信頼性を向上することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can reliably prevent mutual peeling of insulating films made of a low dielectric constant material such as BCB and improve reliability.
この発明は、上記目的を達成するため、半導体基板上の周辺部を除く領域にBCB、フッ化エチレン樹脂(テフロン(登録商標))、フッ素化ポリイミド、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド等の樹脂にフィラーを加えた材料、有機ポリマー系のLow−k材料のいずれかを含む複数の絶縁膜と接続パッド部を有する少なくとも1つの配線とが交互に積層された多層配線回路部を設け、多層配線回路部の複数の絶縁膜の側面を封止膜(あるいは保護膜)で覆うようにしたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention adds a filler to a resin such as BCB, a fluorinated ethylene resin (Teflon (registered trademark)), a fluorinated polyimide, a polyolefin resin, and a polyimide in the region excluding the peripheral portion on the semiconductor substrate. A multilayer wiring circuit portion in which a plurality of insulating films including any one of the above materials and organic polymer low-k materials and at least one wiring having a connection pad portion are alternately stacked is provided, and a plurality of multilayer wiring circuit portions are provided. The side surface of the insulating film is covered with a sealing film (or a protective film).
この発明によれば、半導体基板上の周辺部を除く領域にBCB等の低誘電率材料からなる複数の絶縁膜と接続パッド部を有する少なくとも1つの配線とが交互に積層された多層配線回路部を設け、多層配線回路部の複数の絶縁膜の側面を封止膜(あるいは保護膜)で覆っているので、BCB等の低誘電率材料からなる絶縁膜の相互の剥離を確実に防止して信頼性を向上することができる。 According to the present invention, a multilayer wiring circuit portion in which a plurality of insulating films made of a low dielectric constant material such as BCB and at least one wiring having a connection pad portion are alternately stacked in a region excluding the peripheral portion on the semiconductor substrate. Since the side surfaces of the plurality of insulating films of the multilayer wiring circuit portion are covered with a sealing film (or protective film), it is possible to reliably prevent the insulating films made of a low dielectric constant material such as BCB from being separated from each other. Reliability can be improved.
(第1実施形態)
図1はこの発明の第1実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置は、一般的にはCSPと呼ばれるものであり、シリコン基板(半導体基板)1を備えている。シリコン基板1の上面には所定の機能の集積回路(図示せず)が設けられ、上面周辺部には、2個のみを図示するが実際には多数の、アルミニウム系金属等からなる接続パッド2が集積回路に接続されて設けられている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device as a first embodiment of the present invention. This semiconductor device is generally called a CSP and includes a silicon substrate (semiconductor substrate) 1. An integrated circuit (not shown) having a predetermined function is provided on the upper surface of the
接続パッド2の中央部を除くシリコン基板1の上面には酸化シリコン等からなるパッシベーション膜3が設けられ、接続パッド2の中央部はパッシベーション膜3に設けられた開口部4を介して露出されている。パッシベーション膜3の上面の周辺部を除く領域には、BCB、フッ化エチレン樹脂(テフロン(登録商標))、フッ素化ポリイミド、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド等の樹脂にフィラーを加えた材料、有機ポリマー系のLow−k材料のいずれかを含む第1の絶縁膜5が設けられている。パッシベーション膜3の開口部4に対応する部分における第1の絶縁膜5には、パッシベーション膜3の開口部4よりもやや大きめの開口部6が設けられている。
A
第1の絶縁膜5の上面には銅等からなる第1の下地金属層7が設けられている。第1の下地金属層7の上面全体には銅からなる第1の配線8が設けられている。第1の下地金属層7を含む第1の配線8の一端部は、パッシベーション膜3および第1の絶縁膜5の開口部4、6を介して接続パッド2に接続されている。
A first
第1の配線8を含む第1の絶縁膜5の上面にはBCB、フッ化エチレン樹脂(テフロン(登録商標))、フッ素化ポリイミド、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド等の樹脂にフィラーを加えた材料、有機ポリマー系のLow−k材料のいずれかを含む第2の絶縁膜9が設けられている。第1の配線8の接続パッド部に対応する部分における第2の絶縁膜9には開口部10が設けられている。第2の絶縁膜9の上面には銅等からなる第2の下地金属層11が設けられている。第2の下地金属層11の上面全体には銅からなる第2の配線12が設けられている。第2の下地金属層11を含む第2の配線12の一端部は、第2の絶縁膜9の開口部10を介して第1の配線8の接続パッド部に接続されている。ここで、第1、第2の絶縁膜5、9および第1、第2の配線8、12により、多層配線回路部が構成されている。
A material obtained by adding a filler to a resin such as BCB, fluorinated ethylene resin (Teflon (registered trademark)), fluorinated polyimide, polyolefin resin, polyimide, or the like on the upper surface of the first
第2の配線12の接続パッド部上面には銅からなる柱状電極13が設けられている。第2の配線12を含む第2の絶縁膜9の上面およびパッシベーション膜3の周辺部上面にはエポキシ系樹脂等からなる封止膜14がその上面が柱状電極13の上面と面一となるように設けられている。この状態では、第1、第2の絶縁膜5、9の側面は封止膜14によって覆われている。柱状電極13の上面には半田ボール15が設けられている。
A
以上のように、この半導体装置では、第1、第2の絶縁膜5、9の側面を封止膜14によって覆っているので、第1、第2の絶縁膜5、9をBCB等の低誘電率材料によって形成しても、第1、第2の絶縁膜5、9間において剥離が生じにくいようにすることができる。この点は、BCB等の低誘電率材料からなる絶縁膜および配線を各々3層以上交互に積層した多層配線回路部の場合も同様である。
As described above, in this semiconductor device, since the side surfaces of the first and second
次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図2に示すように、ウエハ状態のシリコン基板(以下、半導体ウエハ21という)上にアルミニウム系金属等からなる接続パッド2および酸化シリコン等からなるパッシベーション膜3が設けられ、接続パッド2の中央部がパッシベーション膜3に形成された開口部4を介して露出されたものを用意する。
Next, an example of a method for manufacturing this semiconductor device will be described. First, as shown in FIG. 2, a
この場合、半導体ウエハ21の上面の各半導体装置形成領域には所定の機能の集積回路(図示せず)が形成され、接続パッド2はそれぞれ対応する領域に形成された集積回路に電気的に接続されている。なお、図2において、符号22で示す領域はダイシングストリートに対応する領域である。
In this case, an integrated circuit (not shown) having a predetermined function is formed in each semiconductor device formation region on the upper surface of the
次に、図3に示すように、スクリーン印刷法、スピンコート法等により、パッシベーション膜3の開口部4を介して露出された接続パッド2の上面を含むパッシベーション膜3の上面に、BCB、フッ化エチレン樹脂(テフロン(登録商標))、フッ素化ポリイミド、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド等の樹脂にフィラーを加えた材料、有機ポリマー系のLow−k材料のいずれかを含む第1の絶縁膜5を形成する。次に、フォトリソグラフィ法により、パッシベーション膜3の開口部4に対応する部分における第1の絶縁膜5に、パッシベーション膜3の開口部4よりもやや大きめの開口部6を形成する。
Next, as shown in FIG. 3, BCB, fluorine, etc. are formed on the upper surface of the
次に、図4に示すように、パッシベーション膜3および第1の絶縁膜5の開口部4、6を介して露出された接続パッド2の上面を含む第1の絶縁膜5の上面全体に第1の下地金属層7を形成する。この場合、第1の下地金属層7は、無電解メッキにより形成された銅層のみであってもよく、またスパッタにより形成された銅層のみであってもよく、さらにスパッタにより形成されたチタン等の薄膜層上にスパッタにより銅層を形成したものであってもよい。
Next, as shown in FIG. 4, the entire upper surface of the first
次に、第1の下地金属層7の上面にメッキレジスト膜23をパターン形成する。この場合、第1の配線8形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜23には開口部24が形成されている。次に、第1の下地金属層7をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜23の開口部24内の第1の下地金属層7の上面に第1の配線8を形成する。次に、メッキレジスト膜23を剥離し、次いで、第1の配線8をマスクとして第1の下地金属層7の不要な部分をエッチングして除去すると、図5に示すように、第1の配線8下にのみ第1の下地金属層7が残存される。
Next, a plating
次に、図6に示すように、スクリーン印刷法、スピンコート法等により、第1の配線8を含む第1の絶縁膜5の上面に、BCB、フッ化エチレン樹脂(テフロン(登録商標))、フッ素化ポリイミド、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド等の樹脂にフィラーを加えた材料、有機ポリマー系のLow−k材料のいずれかを含む第2の絶縁膜9を形成する。
Next, as shown in FIG. 6, BCB, fluoroethylene resin (Teflon (registered trademark)) is formed on the upper surface of the first insulating
次に、図7に示すように、レーザビームを照射するレーザ加工により、第1の配線8の接続パッド部に対応する部分における第1の絶縁膜9に開口部10を形成し、且つ、ダイシングストリート22およびその両側の領域における第1、第2の絶縁膜5、9に溝25を形成する。この状態では、ダイシングストリート22およびその両側の領域におけるパッシベーション膜3の上面は溝25を介して露出されている。
Next, as shown in FIG. 7, an
ここで、一例として、溝25の幅は、10〜1000μm×2+ダイシングストリート22(ダイシングカッタ)の幅となっている。すなわち、図1を参照して説明すると、第1、第2の絶縁膜5、9の側面を覆っている封止膜14の幅は10〜1000μmである。なお、レーザビームを照射するレーザ加工の代わりに、金属マスクをマスクとしてCF4ガスやSF6ガス等を用いたブラズマエッチング(ドライエッチング)を行うようにしてもよい。
Here, as an example, the width of the
次に、図8に示すように、第2の絶縁膜9の開口部10を介して露出された第1の配線8の接続パッド部上面および溝25を介して露出されたパッシベーション膜3の上面を含む第2の絶縁膜9の上面全体に、無電解メッキ等により、第2の下地金属層11を形成する。次に、第2の下地金属層11の上面にメッキレジスト膜26をパターン形成する。この場合、第2の配線12形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜26には開口部27が形成されている。次に、第2の下地金属層11をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜26の開口部27内の第2の下地金属層11の上面に第2の配線12を形成する。次に、メッキレジスト膜26を剥離する。
Next, as shown in FIG. 8, the connection pad portion upper surface of the
次に、図9に示すように、第2の配線12を含む第2の下地金属層11の上面にメッキレジスト膜28をパターン形成する。この場合、第2の配線12の接続パッド部(柱状電極13形成領域)に対応する部分におけるメッキレジスト膜28には開口部29が形成されている。次に、第2の下地金属層11をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行うことにより、メッキレジスト膜28の開口部29内の第2の配線12の接続パッド部上面に柱状電極13を形成する。次に、メッキレジスト膜28を剥離し、次いで、第2の配線12をマスクとして第2の下地金属層11の不要な部分をエッチングして除去すると、図10に示すように、第2の配線12下にのみ第2の下地金属層11が残存される。
Next, as shown in FIG. 9, a plating resist film 28 is patterned on the upper surface of the second
次に、図11に示すように、スクリーン印刷法、スピンコート法等により、第2の配線12、柱状電極13を含む第2の絶縁膜9の上面および溝25を介して露出されたパッシベーション膜3の上面にエポキシ系樹脂等からなる封止膜14をその厚さが柱状電極13の高さよりも厚くなるように形成する。したがって、この状態では、柱状電極13の上面は封止膜14によって覆われている。また、第1、第2の絶縁膜5、9の側面は封止膜14によって覆われている。
Next, as shown in FIG. 11, the passivation film exposed through the upper surface of the second
次に、封止膜14の上面側を適宜に研削し、図12に示すように、柱状電極13の上面を露出させ、且つ、この露出された柱状電極13の上面を含む封止膜14の上面を平坦化する。次に、図13に示すように、柱状電極13の上面に半田ボール15を形成する。次に、図14に示すように、封止膜14、パッシベーション膜3および半導体ウエハ21を溝25内の中央部のダイシングストリート22に沿って切断すると、図1に示すように、第1、第2の絶縁膜5、9の側面が封止膜14によって覆われた構造の半導体装置が複数個得られる。
Next, the upper surface side of the sealing
なお、上記実施形態において、パッシベーション膜3の上面が溝25の底部の如く図示されているが、レーザビームによりパッシベーション膜3が途中までまたは全部除去されるように溝25を形成し、溝25の底部がパッシベーション膜3の上面より陥没するようにしてもよい。また、レーザビームによりパッシベーション膜3の全部および半導体ウエハ21の上面が除去されるように溝25を形成し、溝25の底部が半導体ウエハ21の上面より陥没するようにしてもよい。
In the above embodiment, the upper surface of the
(第2実施形態)
図15はこの発明の第2実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図1に示す半導体装置と異なる点は、第1の絶縁膜5の開口部6の大きさをパッシベーション膜3の開口部4の大きさと同じとした点である。この場合、図2に示す状態において、パッシベーション膜3に開口部4を形成せず、図3に示す工程において、第1の絶縁膜5およびパッシベーション膜3に開口部6、4を連続して形成すると、工程数を少なくすることができる。
(Second Embodiment)
FIG. 15 is a sectional view of a semiconductor device as a second embodiment of the present invention. This semiconductor device is different from the semiconductor device shown in FIG. 1 in that the size of the
(第3実施形態)
図16はこの発明の第2実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図15に示す半導体装置と異なる点は、第2の絶縁膜9の上面および第1、第2の絶縁膜5、9の側面にポリイミド系樹脂等からなる保護膜16を設け、保護膜16の上面に第2の下地金属層11を含む第2の配線12を第2、保護膜9、16の開口部10、17を介して第1の配線8の接続パッド部に接続させて設けた点である。この場合、保護膜16の上面および側面は封止膜14によって覆われている。
(Third embodiment)
FIG. 16 is a sectional view of a semiconductor device as a second embodiment of the present invention. This semiconductor device is different from the semiconductor device shown in FIG. 15 in that a
この半導体装置を製造する場合には、一例として、図7に示す工程後に、図17に示すように、スクリーン印刷法、スピンコート法等により、第2の絶縁膜9の開口部10を介して露出された第1の配線8の接続パッド部上面を含む第2の絶縁膜9の上面および溝25を介して露出されたパッシベーション膜3の上面にポリイミド系樹脂等からなる保護膜16を形成する。
In the case of manufacturing this semiconductor device, as an example, after the step shown in FIG. 7, as shown in FIG. 17, through the
次に、図18に示すように、レーザビームを照射するレーザ加工により、第2の絶縁膜9の開口部10に対応する部分における保護膜16に開口部17を形成し、且つ、ダイシングストリート22およびその両側の領域における保護膜16に溝25よりもやや幅狭の溝25aを形成する。以下の工程は、上記第1実施形態の場合と同様であるので、省略する。
Next, as shown in FIG. 18, an
なお、上記第3実施形態において、保護膜16の膜厚を厚く形成し、第1、第2の絶縁膜5、9は保護膜16のみで覆い、封止膜14は保護膜16の上部側のみを覆う構造としてもよい。
In the third embodiment, the
1 シリコン基板
2 接続パッド
3 パッシベーション膜
5 第1の絶縁膜
7 第1の下地金属層
8 第1の配線
9 第2の絶縁膜
11 第2の下地金属層
12 第2の配線
13 柱状電極
14 封止膜
15 半田ボール
16 保護膜
21 半導体ウエハ
22 ダイシングストリート
25 溝
DESCRIPTION OF
Claims (10)
ダイシングストリート上およびその両側の領域における前記多層配線回路部の複数の絶縁膜を除去して溝を形成し、該溝を介して前記多層配線回路部の側面および前記半導体ウエハの上面を露出させる工程と、
前記多層配線回路部上に、接続パッド部を有する上層配線を形成する工程と、
前記上層配線の接続パッド部上に柱状電極を形成する工程と、
前記柱状電極間および前記溝内に充填された封止膜を形成する工程と、
前記溝内の前記封止膜および前記半導体ウエハを切断して、個々の半導体装置を複数個得る工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Includes any of BCB, fluorinated ethylene resin (Teflon (registered trademark)), fluorinated polyimide, polyolefin resin, polyimide, and other materials with fillers or organic polymer low-k materials on a semiconductor wafer A step of alternately laminating a plurality of insulating films and at least one wiring to form a multilayer wiring circuit portion;
Removing a plurality of insulating films of the multilayer wiring circuit portion on the dicing street and regions on both sides thereof to form a groove, and exposing a side surface of the multilayer wiring circuit portion and an upper surface of the semiconductor wafer through the groove; When,
Forming an upper layer wiring having a connection pad on the multilayer wiring circuit unit;
Forming a columnar electrode on a connection pad portion of the upper layer wiring;
Forming a sealing film filled between the columnar electrodes and in the groove;
Cutting the sealing film and the semiconductor wafer in the groove to obtain a plurality of individual semiconductor devices;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
ダイシングストリート上およびその両側の領域における前記多層配線回路部の複数の絶縁膜を除去して第1の溝を形成し、該第1の溝を介して前記多層配線回路部の側面および前記半導体ウエハの上面を露出させる工程と、
前記第1の溝内および前記多層配線回路部上に保護膜を形成する工程と、
ダイシングストリート上およびその両側の領域における前記保護膜を除去して前記第1の溝よりも幅狭の第2の溝を形成し、該第2の溝を介して前記保護膜の側面および前記半導体ウエハの上面を露出させる工程と、
前記保護膜上に接続パッド部を有する上層配線を形成する工程と、
前記上層配線の接続パッド部上に柱状電極を形成する工程と、
前記柱状電極間および前記第2の溝内に充填された封止膜を形成する工程と、
前記第2の溝内の前記封止膜および前記半導体ウエハを切断して、個々の半導体装置を複数個得る工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Includes any of BCB, fluorinated ethylene resin (Teflon (registered trademark)), fluorinated polyimide, polyolefin resin, polyimide, and other materials with fillers or organic polymer low-k materials on a semiconductor wafer A step of alternately laminating a plurality of insulating films and at least one wiring to form a multilayer wiring circuit portion;
A plurality of insulating films of the multilayer wiring circuit portion on the dicing street and on both sides thereof are removed to form a first groove, and the side surface of the multilayer wiring circuit portion and the semiconductor wafer are formed through the first groove. Exposing the upper surface of
Forming a protective film in the first groove and on the multilayer wiring circuit portion;
The protective film on the dicing street and the regions on both sides thereof is removed to form a second groove narrower than the first groove, and the side surface of the protective film and the semiconductor are formed through the second groove. Exposing the upper surface of the wafer;
Forming an upper layer wiring having a connection pad portion on the protective film;
Forming a columnar electrode on a connection pad portion of the upper layer wiring;
Forming a sealing film filled between the columnar electrodes and in the second groove;
Cutting the sealing film and the semiconductor wafer in the second groove to obtain a plurality of individual semiconductor devices;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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