JP2011023627A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子と基板とを含んで構成された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 including a semiconductor element and a substrate and a method for manufacturing the same.
従来から、基板上に半導体素子を実装した半導体装置が知られている。以下、図1を参照しながら、基板上に半導体素子を実装した従来の半導体装置について説明する。図1は、基板上に半導体素子を実装した従来の半導体装置を例示する断面図である。図1を参照するに、半導体装置300は、多層基板500と、半導体素子400と、はんだバンプ410と、アンダーフィル樹脂層420とを有する。多層基板500の中心部には、支持体510が設けられている。
Conventionally, a semiconductor device in which a semiconductor element is mounted on a substrate is known. A conventional semiconductor device in which a semiconductor element is mounted on a substrate will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a conventional semiconductor device in which a semiconductor element is mounted on a substrate. Referring to FIG. 1, the
支持体510の第1主面510a上には、第1配線層610aが形成されている。又、支持体510には、第1主面510aから第2主面510bに貫通するスルービア690が形成されている。第1配線層610aは、スルービア690を介して後述する第4配線層610bと電気的に接続されている。更に、第1配線層610aを覆うように第1絶縁層520aが形成されており、第1絶縁層520a上には、第2配線層620aが形成されている。第1配線層610aと第2配線層620aとは、第1絶縁層520aを貫通するビアホール520xを介して電気的に接続されている。
A
更に、第2配線層620aを覆うように第2絶縁層530aが形成されている。第2絶縁層530a上には、第3配線層630aが形成されている。第2配線層620aと第3配線層630aとは、第2絶縁層530aを貫通するビアホール530xを介して電気的に接続されている。
Further, a second
更に、第3配線層630aを覆うように、開口部550xを有するソルダーレジスト膜550aが形成されている。第3配線層630aのソルダーレジスト膜550aの開口部550xから露出する部分は、電極パッドとして機能する(以降、第3配線層630aのソルダーレジスト膜550aの開口部550xから露出する部分を電極パッド630aという場合がある)。以降、電極パッド630aが形成されている面を、多層基板500の第1主面という場合がある。
Further, a solder resist film 550a having an opening 550x is formed so as to cover the third wiring layer 630a. The portion exposed from the opening 550x of the solder resist film 550a of the third wiring layer 630a functions as an electrode pad (hereinafter, the portion exposed from the opening 550x of the solder resist film 550a of the third wiring layer 630a is the electrode pad 630a). Sometimes). Hereinafter, the surface on which the electrode pad 630a is formed may be referred to as a first main surface of the
支持体510の第2主面510b上には、第4配線層610bが形成され、更に、第4配線層610bを覆うように第3絶縁層520bが形成されている。第3絶縁層520b上には、第5配線層620bが形成されている。第4配線層610bと第5配線層620bとは、第3絶縁層520bを貫通するビアホール520yを介して電気的に接続されている。
A
更に、第5配線層620bを覆うように第4絶縁層530bが形成されている。第4絶縁層530b上には、第6配線層630bが形成されている。第5配線層620bと第6配線層630bとは、第4絶縁層530bを貫通するビアホール530yを介して電気的に接続されている。
Further, a fourth
更に、第6配線層630bを覆うように、開口部550yを有するソルダーレジスト膜550bが形成されている。第6配線層630bのソルダーレジスト膜550bの開口部550yから露出する部分は、電極パッドとして機能する(以降、第6配線層630bのソルダーレジスト膜550bの開口部550yから露出する部分を電極パッド630bという場合がある)。以降、電極パッド630bが形成されている面を、多層基板500の第2主面という場合がある。
Further, a
一部の電極パッド630b上には、はんだバンプ680が形成されている。はんだバンプ680は、半導体装置300を回路基板(図示せず)に実装する際に、回路基板の対応する端子と電気的に接続される外部接続端子として機能する。又、一部の電極パッド630b上には、チップコンデンサ100が実装されている。電極パッド630bとチップコンデンサ100の外部電極260a及び260bとは電気的に接続されている。
多層基板500の第1主面上には半導体素子400が実装されている。半導体素子400は、シリコン等からなる薄板化された半導体基板(図示せず)上に半導体集積回路(図示せず)や電極パッド(図示せず)が形成されたものである。半導体素子400の電極パッド(図示せず)上には、はんだバンプ410が形成されている。
A
半導体素子400の電極パッド(図示せず)は、はんだバンプ410により、多層基板500の対応する電極パッド630aと電気的に接続されている。はんだバンプ410の材料としては、例えばSnとCuの合金、SnとAgの合金、SnとAgとCuの合金等を用いることができる。半導体素子400と多層基板500のソルダーレジスト膜550aとの間には、アンダーフィル樹脂層420が充填されている。
Electrode pads (not shown) of the
又、従来から、基板に半導体素子を内蔵した半導体装置が知られている。以下、図2を参照しながら、基板に半導体素子を内蔵した従来の半導体装置について説明する。図2は、基板に半導体素子を内蔵した従来の半導体装置を例示する断面図である。図2を参照するに、半導体装置700は、多層基板800と、半導体素子450とを有する。半導体素子450は、樹脂810に埋め込まれている。半導体素子450及び樹脂810の一方の面には第1絶縁層820が形成されており、第1絶縁層820上には、第1配線層910が形成されている。第1配線層910と半導体素子450の電極パッド(図示せず)とは、第1絶縁層820を貫通するビアホール820xを介して電気的に接続されている。すなわち、半導体素子450と多層基板800との電気的接続にバンプを用いていない。
Conventionally, a semiconductor device in which a semiconductor element is built in a substrate is known. Hereinafter, a conventional semiconductor device in which a semiconductor element is built in a substrate will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a conventional semiconductor device in which a semiconductor element is built in a substrate. Referring to FIG. 2, the
更に、第1配線層910を覆うように第2絶縁層830が形成されており、第2絶縁層830上には、第2配線層920が形成されている。第1配線層910と第2配線層920とは、第2絶縁層830を貫通するビアホール830xを介して電気的に接続されている。
Further, a second insulating layer 830 is formed so as to cover the
更に、第2配線層920を覆うように第3絶縁層840が形成されている。第3絶縁層840上には、第3配線層930が形成されている。第2配線層920と第3配線層930とは、第3絶縁層840を貫通するビアホール840xを介して電気的に接続されている。
Further, a third insulating layer 840 is formed so as to cover the
更に、第3配線層930を覆うように、開口部850xを有するソルダーレジスト膜850が形成されている。第3配線層930のソルダーレジスト膜850の開口部850xから露出する部分は、電極パッドとして機能する(以降、第3配線層930のソルダーレジスト膜850の開口部850xから露出する部分を電極パッド930という場合がある)。電極パッド930上には、はんだバンプ980が形成されている。はんだバンプ980は、半導体装置700を回路基板(図示せず)に実装する際に、回路基板の対応する端子と電気的に接続される外部接続端子として機能する。
Further, a solder resist film 850 having an opening 850x is formed so as to cover the
しかしながら、基板上に半導体素子を実装した従来の半導体装置300では、半導体素子400と多層基板500とを電気的に接続するはんだバンプ410部分の接続信頼性が低いという問題があった。具体的には、半導体素子400と多層基板500との熱膨脹係数の違いに起因する応力破壊や、エレクトロマイグレーションに起因する断線等である。
However, the
又、基板に半導体素子を内蔵した従来の半導体装置700では、半導体素子450と多層基板800との電気的接続にバンプを用いていないため、半導体装置300に比べて半導体素子450と多層基板800との接続信頼性を向上することができる。しかしながら、半導体装置700では、半導体素子450を樹脂810に埋め込んでから樹脂810の表面に第1配線層910等を形成するため、相互に接続された配線層を半導体素子450の表裏両面に形成することができず、高密度実装化が困難であるという問題があった。
Further, in the
上記の点に鑑みて、半導体素子と基板との接続信頼性が高く、高密度実装化が可能な半導体装置及びその製造方法を提供することを課題とする。 In view of the above points, it is an object to provide a semiconductor device that has high connection reliability between a semiconductor element and a substrate and can be mounted at high density, and a manufacturing method thereof.
本半導体装置は、一方の面から他方の面に貫通する複数の導体を有する基板と、前記基板の前記一方の面に形成された、半導体素子を内蔵する第1絶縁層と、前記第1絶縁層上に形成され、かつ、前記第1絶縁層に設けられた貫通孔を介して前記基板の前記一方の面から露出する複数の導体の一部及び前記半導体素子と電気的に接続された第1配線層と、前記基板の前記他方の面に形成された第2絶縁層と、前記第2絶縁層上に形成され、かつ、前記第2絶縁層に設けられた貫通孔を介して前記基板の前記他方の面から露出する前記複数の導体の一部と電気的に接続された第2配線層と、を有することを要件とする。 The semiconductor device includes a substrate having a plurality of conductors penetrating from one surface to the other surface, a first insulating layer containing a semiconductor element formed on the one surface of the substrate, and the first insulation. A plurality of conductors formed on the layer and exposed from the one surface of the substrate through a through hole provided in the first insulating layer and electrically connected to the semiconductor element; One wiring layer, a second insulating layer formed on the other surface of the substrate, and the substrate through a through hole formed on the second insulating layer and provided in the second insulating layer And a second wiring layer electrically connected to a part of the plurality of conductors exposed from the other surface.
又、本半導体装置の製造方法は、一方の面から他方の面に貫通する複数の導体を有する基板を準備する第1工程と、前記基板の前記一方の面に半導体素子を固着する第2工程と、前記基板の前記一方の面に、前記半導体素子を被覆する第1絶縁層を形成する第3工程と、前記第1絶縁層上に、前記第1絶縁層に設けられた貫通孔を介して前記基板の前記一方の面から露出する複数の導体の一部及び前記半導体素子と電気的に接続された第1配線層を形成する第4工程と、前記基板の前記他方の面に、第2絶縁層を形成する第5工程と、前記第2絶縁層上に、前記第2絶縁層に設けられた貫通孔を介して前記基板の前記他方の面から露出する前記複数の導体の一部と電気的に接続された第2配線層を形成する第6工程と、を有することを要件とする。 The method for manufacturing a semiconductor device includes a first step of preparing a substrate having a plurality of conductors penetrating from one surface to the other surface, and a second step of fixing a semiconductor element to the one surface of the substrate. And a third step of forming a first insulating layer covering the semiconductor element on the one surface of the substrate, and a through hole provided in the first insulating layer on the first insulating layer. A fourth step of forming a part of the plurality of conductors exposed from the one surface of the substrate and a first wiring layer electrically connected to the semiconductor element; and A fifth step of forming two insulating layers, and a part of the plurality of conductors exposed from the other surface of the substrate via a through hole provided in the second insulating layer on the second insulating layer And a sixth step of forming a second wiring layer electrically connected to That.
開示の技術によれば、半導体素子と基板との接続信頼性が高く、高密度実装化が可能な半導体装置及びその製造方法を提供することができる。 According to the disclosed technology, it is possible to provide a semiconductor device that has high connection reliability between a semiconductor element and a substrate and can be mounted at high density, and a method for manufacturing the semiconductor device.
以下、図面を参照して、実施の形態の説明を行う。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
〈第1の実施の形態〉
[第1の実施の形態に係る半導体装置の構造]
始めに、第1の実施の形態に係る半導体装置の構造について説明する。図3は、第1の実施の形態に係る半導体装置を例示する断面図である。図4は、図3のA部を拡大して例示する斜視透視図である。ただし、図4において、一部の構成要素は省略されている。図3及び図4において、X方向は後述する基板13の一方の面13aと平行な方向、Y方向はX方向に垂直な方向(紙面奥行き方向)、Z方向はX方向及びY方向に垂直な方向(基板13の厚さ方向)をそれぞれ示している。
<First Embodiment>
[Structure of Semiconductor Device According to First Embodiment]
First, the structure of the semiconductor device according to the first embodiment will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 4 is a perspective perspective view illustrating the portion A of FIG. 3 in an enlarged manner. However, some components are omitted in FIG. 3 and 4, the X direction is a direction parallel to one
図3及び図4を参照するに、第1の実施の形態に係る半導体装置10は、基板13と、半導体素子14と、絶縁性樹脂15と、第1絶縁層16aと、第2絶縁層16bと、第1配線層17aと、第2配線層17bと、第1ソルダーレジスト層18aと、第2ソルダーレジスト層18bと、第1はんだバンプ19aと、第2はんだバンプ19bとを有する。
3 and 4, the
半導体装置10において、基板13は、例えば厚さ70〜100μm程度、大きさ10×10mm程度の基板であり、絶縁性基材11全体に亘りそのZ方向(厚さ方向)に形成された多数の貫通孔11xに金属材料を充填して線状導体(ビア)12が形成された基板である。絶縁性基材11としては、例えばアルミナ(酸化アルミニウム)、ムライト、窒化アルミニウム、ガラスセラミックス(ガラスとセラミックスの複合材料)等を用いることができる。又、絶縁性基材11の材料として、有機系の樹脂等(エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等)を用いても構わない。
In the
基板13に実装される半導体素子14が例えばシリコンである場合、その熱膨張係数(CTE)は3ppm/℃程度である。又、基板13に形成される第1配線層17aや第2配線層17bが例えば銅(Cu)である場合、その熱膨張係数(CTE)は16〜17ppm/℃程度である。絶縁性基材11の材料として例えば熱膨張係数(CTE)が6〜7ppm/℃程度のアルミナや熱膨張係数(CTE)が4.5ppm/℃程度のムライト等の半導体素子14の熱膨張係数(CTE)と第1配線層17aや第2配線層17bの熱膨張係数(CTE)との中間的な値の熱膨張係数(CTE)を有するセラミックス等を用いることにより、半導体素子14と第1配線層17aや第2配線層17bとの熱膨張係数(CTE)の差に起因する応力を緩和することができる。
When the
絶縁性基材11の材料として有機系の樹脂等(エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等)を用いる場合には、シリカ等の無機フィラーを高密度に混合させることにより、その熱膨張係数(CTE)を半導体素子14の熱膨張係数(CTE)と第1配線層17aや第2配線層17bの熱膨張係数(CTE)との中間的な値にすることが可能となり、半導体素子14と第1配線層17aや第2配線層17bとの熱膨張係数(CTE)の差に起因する応力を緩和することができる。
When an organic resin or the like (epoxy resin, polyimide resin, or the like) is used as the material of the insulating
線状導体12は、その一端面が基板13の一方の面13aから露出しており、その他端面が基板13の他方の面13bから露出している。線状導体12は、例えば平面視円形に形成されており、その直径は例えば30nm〜2000nmとすることができる。なお、平面視とは、対象物を図3のZ方向から見た場合を指す。又、線状導体12は、隣接する線状導体12の間隔が線状導体12の直径よりも小さくなる程度に密に形成されていることが好ましい。ただし、線状導体12の配置形態については、特に限定されず、例えばヘキサゴナル状に配置されていてもよいし、グリッド状に配置されていてもよい。
One end surface of the
各線状導体12は、基板13の一方の面13aに形成された導体と他方の面13bに形成された導体とを接続するビアとしての機能を有する。ただし、線状導体12の一部は導体には接続されず、電気的に孤立(フローティング)した状態であっても構わない。線状導体(ビア)12を形成する金属材料としては、例えば銀(Ag)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)等を用いることができる。
Each
半導体素子14は、基板13の一方の面13aに絶縁性樹脂15により固着されている。半導体素子14は、シリコン等からなる薄板化された半導体基板(図示せず)上に半導体集積回路(図示せず)や電極パッド(図示せず)が形成されたものである。半導体素子14の厚さは、例えば10〜50μmとすることができる。絶縁性樹脂15の材料としては、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等を用いることができる。
The
なお、半導体素子14は、半導体集積回路(図示せず)や電極パッド(図示せず)が上側(基板13の一方の面13aと接触しない側)に来るように配置されている。半導体素子14の背面(基板13の一方の面13aと接触する面)には、例えばSiO2等の絶縁膜を形成しても構わない。又、半導体素子14の背面(基板13の一方の面13aと接触する面)に絶縁膜を形成せずに、半導体素子14の背面とその下に位置する線状導体12の一端面とを導通させ、その線状導体12を基準電位(GND)に接続しても構わない。このようにすると、半導体素子14の背面は基準電位(GND)になるため、シールド効果を得ることができる。
The
第1絶縁層16aは、半導体素子14及び絶縁性樹脂15を覆うように基板13の一方の面13aに形成されている。第1絶縁層16aの材料としては、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂などの樹脂材を用いることができる。
The first insulating
第1配線層17aは、第1絶縁層16a上に形成されている。第1ビアホール16x内の第1配線層17aは、第1ビアホール16x内に露出した多数の線状導体12の端面と電気的に接続されている。例えば第1ビアホール16xの底部の直径を100μm程度に選定すると、第1配線層17aは数千本の線状導体12の端面と電気的に接続されることになる。第2ビアホール16y内の第1配線層17aは、第2ビアホール16y内に露出し半導体素子14の電極パッド(図示せず)と電気的に接続されている。第1配線層17aの材料としては、例えば銅(Cu)等を用いることができる。
The
第1ソルダーレジスト層18aは、第1配線層17aを覆うように第1絶縁層16a上に形成されている。第1ソルダーレジスト層18aは開口部18xを有し、開口部18x内には第1配線層17aの一部が露出している。
The first solder resist
第1はんだバンプ19aは、第1ソルダーレジスト層18aの開口部18x内に露出する第1配線層17a上に形成されている。第1はんだバンプ19aの材料としては、例えばPbを含む合金、SnとCuの合金、SnとAgの合金、SnとAgとCuの合金等を用いることができる。第1はんだバンプ19aは、例えばマザーボード等と接続される外部接続端子として機能する。
The
なお、外部接続端子として、第1はんだバンプ19aに代えて金属ピン等を用いても構わない。又、第1はんだバンプ19aや金属ピン等の外部接続端子は、設けなくても構わない。この場合には、必要なときに開口部18x内に露出する第1配線層17a上に外部接続端子を形成すればよい。
A metal pin or the like may be used as the external connection terminal instead of the
第2絶縁層16bは、基板13の他方の面13bに形成されている。第2絶縁層16bの材料としては、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂などの樹脂材を用いることができる。
The second insulating
第2配線層17bは、第2絶縁層16b上に形成されている。第3ビアホール16z内の第2配線層17bは、第3ビアホール16z内に露出した多数の線状導体12の端面と電気的に接続されている。例えば第3ビアホール16zの底部の直径を100μm程度に選定すると、第2配線層17bは数千本の線状導体12の端面と電気的に接続されることになる。この場合、第2配線層17bは、数千本の線状導体12により第1配線層17aと電気的に接続される。第2配線層17bの材料としては、例えば銅(Cu)等を用いることができる。
The
第2ソルダーレジスト層18bは、第2配線層17bを覆うように第2絶縁層16b上に形成されている。第2ソルダーレジスト層18bは開口部18yを有し、開口部18y内には第2配線層17bの一部が露出している。
The second solder resist
第2はんだバンプ19bは、第2ソルダーレジスト層18bの開口部18y内に露出する第2配線層17b上に形成されている。第2はんだバンプ19bの材料としては、例えばPbを含む合金、SnとCuの合金、SnとAgの合金、SnとAgとCuの合金等を用いることができる。第2はんだバンプ19bは、例えばマザーボード等と接続される外部接続端子として機能する。
The
なお、外部接続端子として、第2はんだバンプ19bに代えて金属ピン等を用いても構わない。又、第2はんだバンプ19bや金属ピン等の外部接続端子は、設けなくても構わない。この場合には、必要なときに開口部18y内に露出する第2配線層17b上に外部接続端子を形成すればよい。以上が、第1の実施の形態に係る半導体装置の構造である。
A metal pin or the like may be used as the external connection terminal instead of the
[第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法]
続いて、第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図5〜図12は、第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図である。図5〜図12において、図1に示す半導体装置10と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。
[Method of Manufacturing Semiconductor Device According to First Embodiment]
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described. 5 to 12 are diagrams illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. 5 to 12, the same components as those of the
始めに、図5に示す工程では、絶縁性基材11を準備し、準備した絶縁性基材11全体に亘りその厚さ方向に、多数の貫通孔11xを形成する。絶縁性基材11としては、例えば厚さ70〜100μm程度、大きさ10×10mm程度のアルミナ(酸化アルミニウム)のグリーンシート等を用いることができる。貫通孔11xは、例えば平面視円形とすることができ、その場合の直径φ1は例えば30nm〜2000nmとすることができる。又、貫通孔11xは、隣接する貫通孔11xの間隔Pが貫通孔11xの直径φ1よりも小さくなる程度に密に形成することが好ましい。ただし、貫通孔11xの配置形態については、特に限定されず、例えばヘキサゴナル状に配置してもよいし、グリッド状に配置してもよい。
First, in the step shown in FIG. 5, the insulating
貫通孔11xの形成方法の一例を以下に示す。貫通孔11xは、例えば陽極酸化法を用いて形成することができる。具体的には、例えばアルミニウム(Al)の基板の一方の面を絶縁被膜したAl基板、又はガラス基板上にスパッタリング等によりアルミニウム(Al)の電極層を形成したAl電極層を用意し、用意したAl基板又はAl電極層の表面を洗浄後、電解液(好適には硫酸水溶液)中に浸漬し、浸漬したAl基板又はAl電極層を陽極とし、これに対向配置される白金(Pd)電極を陰極として通電(パルス電圧を印加)することで、Al基板又はAl電極層の表面に多孔質金属酸化膜(微小径の孔が規則正しく形成された酸化アルミニウムの膜)を形成することができる。
An example of a method for forming the through
この後、陽極酸化とは逆電位の電圧を各電極に印加(Al基板又はAl電極層を陰極とし、白金(Pd)電極を陽極として通電)することで、多孔質金属酸化膜をAl基板又はAl電極層から分離する。これによって、所望の微小径(例えば30nm〜2000nm)の貫通孔11xが高密度に形成された絶縁性基材11が得られる。
Thereafter, a voltage having a reverse potential to that of anodic oxidation is applied to each electrode (the Al substrate or the Al electrode layer is used as a cathode, and a platinum (Pd) electrode is used as an anode) to thereby form the porous metal oxide film on the Al substrate or Separate from the Al electrode layer. Thereby, the insulating
なお、絶縁性基材11の材料としては、アルミナ(酸化アルミニウム)以外に、ムライト、窒化アルミニウム、ガラスセラミックス(ガラスとセラミックスの複合材料)等を用いてもよい。又、絶縁性基材11の材料はセラミックス(無機材料)には限定されず、有機系の樹脂等(エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等)を用いても構わない。
In addition to alumina (aluminum oxide), mullite, aluminum nitride, glass ceramics (a composite material of glass and ceramics), or the like may be used as the material for the insulating
ただし、有機系の樹脂(エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等)を用いる場合、シリカ等の無機フィラーを高密度に混合させたものを使用することが望ましい。第1絶縁層16aや第2絶縁層16bも同等の樹脂を使用し、熱膨張係数(CTE)も近似しているため、シリカ等の無機フィラーを高密度に混合させることにより絶縁性基材11に使用する樹脂の熱膨張係数(CTE)を下げて、半導体素子14の熱膨張係数(CTE)と第1配線層17aや第2配線層17bの熱膨張係数(CTE)との中間的な値の熱膨張係数(CTE)を確保するためである。
However, when an organic resin (epoxy resin, polyimide resin, or the like) is used, it is desirable to use a material in which an inorganic filler such as silica is mixed at a high density. Since the first insulating
絶縁性基材11に有機系の樹脂(エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等)を用いる場合、貫通孔11xは炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ等を用いた穴明け加工により形成することができる。
When an organic resin (epoxy resin, polyimide resin, or the like) is used for the insulating
次いで、図6に示す工程では、絶縁性基材11に形成された貫通孔11xに金属材料を充填して線状導体(ビア)12を形成する。以降、線状導体12を有する絶縁性基材11を基板13と称する場合がある。線状導体12は、例えばスクリーン印刷法やインクジェット法等を用いて、例えば銀(Ag)や銅(Cu)等の導電性ペーストを貫通孔11xに充填することにより形成することができる。又、絶縁性基材11として有機系の樹脂等(エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等)を用いた場合には、めっき法を用いて貫通孔11xに銅(Cu)やニッケル(Ni)等の金属材料を充填することができる。
Next, in a step shown in FIG. 6, the linear conductor (via) 12 is formed by filling the through
例えば金属材料として銅(Cu)を用いる場合には、絶縁性基材11の表面(貫通孔11xの内壁面を含む)に、無電解銅(Cu)めっき法によりシード層を形成し、形成したシード層を給電層として利用した電解銅(Cu)めっき法により、貫通孔11xに銅(Cu)を充填することができる。又、無電解銅(Cu)めっき法のみにより、銅(Cu)を貫通孔11xに充填しても構わない。
For example, when copper (Cu) is used as the metal material, a seed layer is formed on the surface of the insulating base material 11 (including the inner wall surface of the through
更に、必要に応じて機械研磨、化学機械研磨(CMP)等により両面を研磨して平坦化し、線状導体12の両端を絶縁性基材11の両面に露出させることができる。このようにして、絶縁性基材11に、絶縁性基材11の厚さ方向に貫通する微小径の線状導体12が高密度に設けられた構造体(図6参照)を形成することができる。
Furthermore, if necessary, both surfaces can be polished and flattened by mechanical polishing, chemical mechanical polishing (CMP) or the like, and both ends of the
次いで、図7に示す工程では、図6において形成した基板13の一方の面13aに、半導体素子14を配置する。半導体素子14は、シリコン等からなる薄板化された半導体基板(図示せず)上に半導体集積回路(図示せず)や電極パッド(図示せず)が形成されたものである。半導体素子14の厚さは、例えば10〜50μmとすることができる。なお、半導体素子14は、半導体集積回路(図示せず)や電極パッド(図示せず)が上側(基板13の一方の面13aと接触しない側)に来るように配置する。
Next, in the process shown in FIG. 7, the
次いで、図8に示す工程では、基板13の一方の面13aに配置された半導体素子14の側面に絶縁性樹脂15(エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等)を塗布し、硬化させて半導体素子14を基板13の一方の面13aに固着する。
Next, in the process shown in FIG. 8, an insulating resin 15 (epoxy resin, polyimide resin, or the like) is applied to the side surface of the
次いで、図9に示す工程では、半導体素子14及び絶縁性樹脂15を覆うように基板13の一方の面13aに第1絶縁層16aを形成する。これにより、半導体素子14を内蔵する第1絶縁層16aが形成される。又、基板13の他方の面13bに第2絶縁層16bを形成する。第1絶縁層16a及び第2絶縁層16bの材料としては、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂などの樹脂材を用いることができる。第1絶縁層16aは、一例として、半導体素子14及び絶縁性樹脂15を覆うように基板13の一方の面13aに樹脂フィルムをラミネートした後、樹脂フィルムをプレス(押圧)し、その後、190℃程度の温度で熱処理して硬化させることにより形成することができる。第2絶縁層16bも同様の方法により形成することができる。
Next, in a step shown in FIG. 9, a first insulating
次いで、図10に示す工程では、第1絶縁層16aに、レーザ加工法等を用いて、基板13の一方の面13aが露出するように第1絶縁層16aを貫通する第1ビアホール16xを形成し、半導体素子14の電極パッド(図示せず)が露出するように第1絶縁層16aを貫通する第2ビアホール16yを形成する。又、第2絶縁層16bに、レーザ加工法等を用いて、基板13の他方の面13bが露出するように第2絶縁層16bを貫通する第3ビアホール16zを形成する。第1ビアホール16x内及び第3ビアホール16z内には、多数の線状導体12の端面が露出する(前述の図4参照)。
Next, in the step shown in FIG. 10, the first via
なお、第1絶縁層16aとして感光性樹脂膜を用い、フォトリソグラフィによりパターニングして第1ビアホール16x等を形成する方法を用いてもよいし、スクリーン印刷により開口部が設けられた樹脂膜をパターニングして第1ビアホール16x等を形成する方法を用いてもよい。
Alternatively, a method may be used in which a photosensitive resin film is used as the first insulating
次いで、図11に示す工程では、第1絶縁層16a上に、第1ビアホール16x内に露出した多数の線状導体12の端面、及び第2ビアホール16y内に露出した半導体素子14の電極パッド(図示せず)と電気的に接続される第1配線層17aを形成する。又、第2絶縁層16b上に、第3ビアホール16z内に露出した多数の線状導体12の端面と電気的に接続される第2配線層17bを形成する。これにより、第1配線層17aと第2配線層17bとは、多数の線状導体12により電気的に接続される。第1配線層17a及び第2配線層17bの材料としては、例えば銅(Cu)等を用いることができる。第1配線層17a及び第2配線層17bは、例えばセミアディティブ法により形成される。
Next, in the step shown in FIG. 11, on the first insulating
第1配線層17aを、セミアディティブ法により形成する例を、より詳しく説明すると、先ず、無電解めっき法又はスパッタ法により、第1ビアホール16x内、第2ビアホール16y内、基板13の一方の面13a、及び半導体素子14の電極パッド(図示せず)上に銅(Cu)シード層(図示せず)を形成した後に、第1配線層17aに対応する開口部を備えたレジスト層(図示せず)を形成する。次いで、銅(Cu)シード層をめっき給電層に利用した電解めっき法により、レジスト層の開口部に銅(Cu)層パターン(図示せず)を形成する。
An example in which the
続いて、レジスト層を除去した後に、銅(Cu)層パターンをマスクにして銅(Cu)シード層をエッチングすることにより、第1配線層17aを得ることができる。なお、第1配線層17aの形成方法としては、上述したセミアディティブ法の他にサブトラクティブ法などの各種の配線形成方法を用いることができる。第2配線層17bも同様の方法により形成することができる。
Subsequently, after removing the resist layer, the
なお、上記と同様な工程を繰り返すことにより、第1配線層17a及び第2配線層17b上に絶縁層及び配線層を積層し、n層(nは1以上の整数)のビルドアップ配線層を形成してもよい。
By repeating the same process as described above, an insulating layer and a wiring layer are stacked on the
次いで、図12に示す工程では、第1配線層17aを被覆するように第1絶縁層16a上に開口部18xを有する第1ソルダーレジスト層18aを形成する。又、第2配線層17bを被覆するように第2絶縁層16b上に開口部18yを有する第2ソルダーレジスト層18bを形成する。開口部18xを有する第1ソルダーレジスト層18aは、例えば第1配線層17aを被覆するようにソルダーレジスト液を塗布し、塗布したソルダーレジスト液を露光、現像することで形成することができる。開口部18yを有する第2ソルダーレジスト層18bも同様の方法により形成することができる。第1ソルダーレジスト層18a及び第2ソルダーレジスト層18bの材料としては、例えばエポキシ系樹脂やイミド系樹脂等を含む感光性樹脂組成物を用いることができる。
Next, in a step shown in FIG. 12, a first solder resist
第1配線層17aの一部は、第1ソルダーレジスト層18aの開口部18x内に露出する。又、第2配線層17bの一部は、第2ソルダーレジスト層18bの開口部18y内に露出する。第1ソルダーレジスト層18aの開口部18x内に露出する第1配線層17a上、及び第2ソルダーレジスト層18bの開口部18y内に露出する第2配線層17b上に、例えば無電解めっき法により金属層(図示せず)を形成しても構わない。
A part of the
金属層(図示せず)の例としては、Au層、Ni層/Au層をこの順番で積層したNi/Au層や、Ni層/Pd層/Au層をこの順番で積層したNi/Pd/Au層等を挙げることができる。又、金属層(図示せず)に代えて、第1ソルダーレジスト層18aの開口部18x内に露出する第1配線層17a上、及び第2ソルダーレジスト層18bの開口部18y内に露出する第2配線層17b上にOSP(Organic Solderability Preservative)処理を施しても構わない。
Examples of metal layers (not shown) include an Au layer, a Ni / Au layer in which Ni layers / Au layers are laminated in this order, and a Ni / Pd / layer in which Ni layers / Pd layers / Au layers are laminated in this order. An Au layer can be used. In place of the metal layer (not shown), the
次いで、第1ソルダーレジスト層18aの開口部18x内に露出する第1配線層17a上、及び第2ソルダーレジスト層18bの開口部18y内に露出する第2配線層17b上に、第1はんだバンプ19a及び第2はんだバンプ19bを形成することにより、図3に示す半導体装置10が製造される。第1はんだバンプ19aは、例えば第1ソルダーレジスト層18aの開口部18x内に露出する第1配線層17aを覆うように、はんだペーストを印刷し、リフローすることにより形成することができる。第2はんだバンプ19bも同様の方法により形成することができる。第1はんだバンプ19a及び第2はんだバンプ19bの材料としては、例えばPbを含む合金、SnとCuの合金、SnとAgの合金、SnとAgとCuの合金等を用いることができる。第1はんだバンプ19a及び第2はんだバンプ19bは、例えばマザーボード等と接続される外部接続端子として機能する。
Next, the first solder bumps are formed on the
なお、外部接続端子として、第1はんだバンプ19a及び/又は第2はんだバンプ19bに代えて金属ピン等を用いても構わない。又、第1はんだバンプ19a及び/又は第2はんだバンプ19bや金属ピン等の外部接続端子は、設けなくても構わない。この場合には、必要なとき(例えば半導体装置10の出荷時等)に、開口部18x内に露出する第1配線層17a上、及び/又は第2ソルダーレジスト層18bの開口部18y内に露出する第2配線層17b上に外部接続端子を形成すればよい。
As external connection terminals, metal pins or the like may be used instead of the first solder bumps 19a and / or the second solder bumps 19b. Further, the external connection terminals such as the
このように、第1の実施の形態によれば、基板(線状導体を有する絶縁性基材)の一方の面に半導体素子を内蔵する第1絶縁層を形成し、第1絶縁層上に、第1絶縁層に設けられた貫通孔(ビアホール)を介して基板の一方の面から露出する複数の線状導体の一部及び半導体素子の電極パッドと電気的に接続された第1配線層を形成する。又、基板(線状導体を有する絶縁性基材)の他方の面(半導体素子の背面側)に第2絶縁層を形成し、第2絶縁層上に、第2絶縁層に設けられた貫通孔(ビアホール)を介して基板の他方の面から露出する複数の線状導体の一部と電気的に接続された第2配線層を形成する。 Thus, according to the first embodiment, the first insulating layer containing the semiconductor element is formed on one surface of the substrate (insulating base material having a linear conductor), and the first insulating layer is formed on the first insulating layer. The first wiring layer electrically connected to a part of the plurality of linear conductors exposed from one surface of the substrate and the electrode pad of the semiconductor element through a through hole (via hole) provided in the first insulating layer Form. In addition, a second insulating layer is formed on the other surface (the back side of the semiconductor element) of the substrate (insulating base material having a linear conductor), and the second insulating layer is provided on the second insulating layer. A second wiring layer electrically connected to a part of the plurality of linear conductors exposed from the other surface of the substrate through the hole (via hole) is formed.
その結果、基板(線状導体を有する絶縁性基材)の一方の面上に形成された第1配線層と、基板(線状導体を有する絶縁性基材)の他方の面上に形成された第2配線層とを、線状導体により電気的に接続することができる。 As a result, the first wiring layer formed on one surface of the substrate (insulating base material having a linear conductor) and the other surface of the substrate (insulating base material having a linear conductor) are formed. The second wiring layer can be electrically connected by a linear conductor.
すなわち、第1の実施の形態に係る半導体装置では、相互に接続された配線層(第1配線層及び第2配線層)を半導体素子の表裏両面に形成することができるため、実装密度を高めることができる。 That is, in the semiconductor device according to the first embodiment, the interconnect layers (the first interconnect layer and the second interconnect layer) that are connected to each other can be formed on both the front and back surfaces of the semiconductor element, thereby increasing the mounting density. be able to.
又、第1の実施の形態に係る半導体装置では、半導体素子と配線層(第1配線層及び第2配線層)との電気的接続にバンプを用いていないため、半導体素子と配線層(第1配線層及び第2配線層)との熱膨脹係数の違いに起因する応力破壊や、エレクトロマイグレーションに起因する断線等の発生を防止することが可能となり、半導体素子と配線層(第1配線層及び第2配線層)との接続信頼性を向上することができる。 In the semiconductor device according to the first embodiment, no bumps are used for electrical connection between the semiconductor element and the wiring layer (first wiring layer and second wiring layer). It is possible to prevent the occurrence of stress breakdown due to the difference in thermal expansion coefficient from the first wiring layer and the second wiring layer, and the occurrence of disconnection due to electromigration. The semiconductor element and the wiring layer (first wiring layer and Connection reliability with the second wiring layer) can be improved.
〈第1の実施の形態の変形例〉
図13は、第1の実施の形態の変形例に係る半導体装置の一部を例示する図である。図13(a)は断面図であり、図13(b)は基板13の一方の面13a(基板13の他方の面13b)に接する導体を模式的に示す平面図である。図13において、図3に示す半導体装置10と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。図13において、X方向は基板13の一方の面13aと平行な方向、Y方向はX方向に垂直な方向(紙面奥行き方向)、Z方向はX方向及びY方向に垂直な方向(基板13の厚さ方向)をそれぞれ示している。
<Modification of First Embodiment>
FIG. 13 is a diagram illustrating a part of the semiconductor device according to the modification of the first embodiment. FIG. 13A is a cross-sectional view, and FIG. 13B is a plan view schematically showing a conductor in contact with one
図13を参照するに、第1の実施の形態の変形例に係る半導体装置10Aは、基板13の一方の面13a及び他方の面13bに、対向配置された一対のGNDパターン17g1及び17g2が設けられている点、並びに、GNDパターン17g1が第4ビアホール16gを介して第1絶縁層16a上に形成されたGNDパターン17g3と接続されている点、を除いて第1の実施の形態に係る半導体装置10と同一構造である。以下、半導体装置10Aについて、半導体装置10と同一構造の部分についてはその説明を省略し、半導体装置10と異なる部分を中心に説明する。
Referring to FIG. 13, a semiconductor device 10A according to a modification of the first embodiment, on the one
半導体装置10Aにおいて、第1ビアホール16x内の第1配線層17a、第3ビアホール16z内の第2配線層17b、及びそれらを接続する複数の線状導体12には、所定の信号電流が流れる。又、図13(b)に示すように、GNDパターン17g1及び17g2は、第1ビアホール16x内の第1配線層17a、及び第3ビアホール16z内の第2配線層17bが基板13の一方の面13a及び他方の面13bに接する部分の周囲に、所定の間隔を空けて形成されている。又、GNDパターン17g1と17g2とは、複数の線状導体12を介して電気的に接続されている。
In the semiconductor device 10A, a predetermined signal current flows through the
GNDパターン17g1は、第4ビアホール16gを介して第1絶縁層16a上に形成されたGNDパターン17g3と接続されている。すなわち、GNDパターン17g1〜17g3は、何れもGND(基準電位)に接続されたパタ−ンである。なお、GNDパターン17g1は、第1配線層17aの一部である。
GND pattern 17 g 1 is connected to the GND pattern 17 g 3 formed on the first insulating
GNDパターン17g1及び17g2は、例えばスパッタ法やめっき法により、基板13の一方の面13a及び他方の面13bに形成することができる。GNDパターン17g1及び17g2の材料としては、例えば銅(Cu)等を用いることができる。
GND pattern 17 g 1 and 17 g 2, for example by sputtering or plating, can be formed on the one
このように、基板13において、信号電流が流れる複数の線状導体12の周囲には、所定の間隔を空けてGNDに接続された複数の線状導体12が配置されている。この構造は、同軸線路と同等の構造であるため、シールド(遮蔽)効果を奏することができる。又、隣接して配置される信号電流が流れる複数の線状導体間には、GNDに接続された複数の線状導体が配置されることになるため、隣接して配置される信号電流が流れる複数の線状導体間に生じる電気的結合(容量結合)を低減することが可能となり、信号電流が流れる複数の線状導体自体がノイズ源となることを防止することができる。
As described above, on the
なお、第1絶縁層16aの第1ビアホール16xの周囲、及び第2絶縁層16bの第3ビアホール16zの周囲に、円環状の貫通孔を形成して導体を充填し、GNDパターン17g1〜17g3と接続しても構わない。これにより、第1絶縁層16a及び第2絶縁層16bにも、基板13に形成した同軸線路と同等の構造が形成されるため、同等の効果が得られる。
An annular through hole is formed around the first via
このように、第1の実施の形態の変形例によれば、第1の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に以下の効果を奏する。 As described above, according to the modification of the first embodiment, the same effects as those of the first embodiment are obtained, but the following effects are further obtained.
すなわち、第1の実施の形態の変形例に係る半導体装置では、基板内に同軸線路と同等の構造を形成することにより、シールド(遮蔽)効果を奏することができる。又、隣接して配置される信号電流が流れる複数の線状導体との間に生じる電気的結合(容量結合)を低減することが可能となり、信号電流が流れる複数の線状導体自体がノイズ源となることを防止することができる。 That is, in the semiconductor device according to the modification of the first embodiment, a shield (shielding) effect can be achieved by forming a structure equivalent to the coaxial line in the substrate. In addition, it is possible to reduce electrical coupling (capacitive coupling) generated between a plurality of linear conductors through which signal currents flow adjacently, and the plurality of linear conductors through which signal currents flow are themselves noise sources. Can be prevented.
〈第2の実施の形態〉
図14は、第2の実施の形態に係る半導体装置を例示する断面図である。図14において、図3に示す半導体装置10と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。図14において、X方向は基板13の一方の面13aと平行な方向、Y方向はX方向に垂直な方向(紙面奥行き方向)、Z方向はX方向及びY方向に垂直な方向(基板13の厚さ方向)をそれぞれ示している。
<Second Embodiment>
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to the second embodiment. 14, the same components as those of the
図14を参照するに、第2の実施の形態に係る半導体装置20は、半導体素子24及び絶縁性樹脂25が追加された点を除いて第1の実施の形態に係る半導体装置10と同一構造である。このように、本発明に係る半導体装置は、複数の半導体素子を有していても構わない。
Referring to FIG. 14, the
なお、第2の実施の形態に係る半導体装置20の製造方法は、第1の実施の形態に係る半導体装置10の製造方法と同一である。
The method for manufacturing the
このように、第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に以下の効果を奏する。 As described above, according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment are obtained, but the following effects are further obtained.
すなわち、第2の実施の形態に係る半導体装置では、複数の半導体素子を内蔵するため、実装密度を更に高めることができる。 That is, since the semiconductor device according to the second embodiment includes a plurality of semiconductor elements, the mounting density can be further increased.
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiment has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and replacements are made to the above-described embodiment without departing from the scope described in the claims. Can be added.
例えば、第2の実施の形態に、第1の実施の形態の変形例と同様の変形を加えても構わない。 For example, the same modification as the modification of the first embodiment may be added to the second embodiment.
10、20 半導体装置
11 絶縁性基材
11x 貫通孔
12 線状導体
13 基板
13a 基板13の一方の面
13b 基板13の他方の面
14、24 半導体素子
15、25 絶縁性樹脂
16a 第1絶縁層
16b 第2絶縁層
16x 第1ビアホール
16y 第2ビアホール
16z 第3ビアホール
17a 第1配線層
17b 第2配線層
17g1、17g2、17g3 GNDパターン
18a 第1ソルダーレジスト層
18b 第2ソルダーレジスト層
18x、18y 開口部
19a 第1はんだバンプ
19b 第2はんだバンプ
P 間隔
φ1 直径
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記基板の前記一方の面に形成された、半導体素子を内蔵する第1絶縁層と、
前記第1絶縁層上に形成され、かつ、前記第1絶縁層に設けられた貫通孔を介して前記基板の前記一方の面から露出する複数の導体の一部及び前記半導体素子と電気的に接続された第1配線層と、
前記基板の前記他方の面に形成された第2絶縁層と、
前記第2絶縁層上に形成され、かつ、前記第2絶縁層に設けられた貫通孔を介して前記基板の前記他方の面から露出する前記複数の導体の一部と電気的に接続された第2配線層と、を有する半導体装置。 A substrate having a plurality of conductors penetrating from one surface to the other surface;
A first insulating layer containing a semiconductor element formed on the one surface of the substrate;
A part of the plurality of conductors formed on the first insulating layer and exposed from the one surface of the substrate through a through hole provided in the first insulating layer, and electrically with the semiconductor element A connected first wiring layer;
A second insulating layer formed on the other surface of the substrate;
Formed on the second insulating layer and electrically connected to a part of the plurality of conductors exposed from the other surface of the substrate through a through hole provided in the second insulating layer And a second wiring layer.
前記周囲に位置する導体は、グランド配線と接続されている請求項1乃至4の何れか一項記載の半導体装置。 The conductor has a conductor connected to the signal wiring, and a conductor located around the conductor connected to the signal wiring,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductor located around is connected to a ground wiring.
前記基板の前記一方の面に半導体素子を固着する第2工程と、
前記基板の前記一方の面に、前記半導体素子を被覆する第1絶縁層を形成する第3工程と、
前記第1絶縁層上に、前記第1絶縁層に設けられた貫通孔を介して前記基板の前記一方の面から露出する複数の導体の一部及び前記半導体素子と電気的に接続された第1配線層を形成する第4工程と、
前記基板の前記他方の面に、第2絶縁層を形成する第5工程と、
前記第2絶縁層上に、前記第2絶縁層に設けられた貫通孔を介して前記基板の前記他方の面から露出する前記複数の導体の一部と電気的に接続された第2配線層を形成する第6工程と、を有する半導体装置の製造方法。 A first step of preparing a substrate having a plurality of conductors penetrating from one surface to the other;
A second step of fixing a semiconductor element to the one surface of the substrate;
A third step of forming a first insulating layer covering the semiconductor element on the one surface of the substrate;
On the first insulating layer, through a through hole provided in the first insulating layer, a plurality of conductors exposed from the one surface of the substrate and electrically connected to the semiconductor element A fourth step of forming one wiring layer;
A fifth step of forming a second insulating layer on the other surface of the substrate;
A second wiring layer electrically connected to a part of the plurality of conductors exposed from the other surface of the substrate through a through hole provided in the second insulating layer on the second insulating layer And a sixth step of forming the semiconductor device.
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