JP2014192189A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の樹脂層の上に第２の樹脂層を形成する場合に、第１の樹脂層の破断を抑制する。
【解決手段】半導体装置は、第１の面を有する半導体基板と、第１の面に位置する少なくとも１つの能動素子と、少なくとも１つの能動素子上に位置する第１の樹脂層と、第１の樹脂層の上面及び第１の樹脂層の側面を覆う第２の樹脂層と、を含む。少なくとも１つの能動素子に電気的に接続され、第１の面に位置する少なくとも１つの電極をさらに含み、第１の樹脂層は、少なくとも１つの電極上に位置する第１の開口を有し、第２の樹脂層は、第１の開口の内側に位置する第２の開口を有するようにしてもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置に関する。

半導体装置の高密度実装を実現するため、ＷＣＳＰ（Wafer Level Chip Size Package）が提案されている。ＷＣＳＰにおいて、例えば下記の特許文献１に記載のように、パッシベーション膜を構成する第１の樹脂層の上に、外部端子を形成する際の応力緩和機能を有する第２の樹脂層を形成する場合がある。

特開２００４−１３４７０８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成において、第１の樹脂層の材料と第２の樹脂層の材料との間で線膨張係数、破断強度、破断点伸度などのミスマッチがあると、第１の樹脂層が破断してしまうことがある。第１の樹脂層が破断すると、第１の樹脂層は、半導体基板の能動面保護などの機能が低下してしまう可能性がある。

本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものである。本発明の幾つかの態様は、第１の樹脂層の上に第２の樹脂層を形成する場合に、第１の樹脂層の破断を抑制することに関連している。

本発明の幾つかの態様において、半導体装置は、第１の面を有する半導体基板と、第１の面に位置する少なくとも１つの能動素子と、少なくとも１つの能動素子上に位置する第１の樹脂層と、第１の樹脂層の上面及び第１の樹脂層の側面を覆う第２の樹脂層と、を含む。
この態様によれば、第２の樹脂層が第１の樹脂層の上面及び側面を覆っているので、第１の樹脂層の特定の箇所に応力が集中することが抑制され、第１の樹脂層の破断が抑制される。

上述の態様において、第２の樹脂層は、第１の面に対する平面視における第１の樹脂層の外側の位置で第１の面に接していることが望ましい。
これによれば、第１の樹脂層に発生する応力を低減できるので、第１の樹脂層の破断が抑制される。

上述の態様において、第２の樹脂層は、第１の樹脂層の上面全体及び第１の樹脂層の側面全体を覆っていることが望ましい。
これによれば、第１の樹脂層の特定の箇所に応力が集中することがさらに抑制され、第１の樹脂層の破断が抑制される。

上述の態様において、第２の樹脂層は、第１の樹脂層より厚くてもよい。
上述の態様において、第２の樹脂層は、第１の樹脂層よりも線膨張係数が小さくてもよい。

上述の態様において、少なくとも１つの能動素子に電気的に接続され、第１の面に位置する少なくとも１つの電極をさらに含み、第１の樹脂層は、少なくとも１つの電極上に位置する第１の開口を有し、第２の樹脂層は、第１の開口の内側に位置する第２の開口を有することが望ましい。
これによれば、第１の樹脂層の第１の開口の周囲においても応力が集中することが抑制され、第１の樹脂層の破断が抑制される。

上述の態様において、第２の絶縁層上と第２の開口内とにまたがって位置し、少なくとも１つの電極に電気的に接続された再配置配線をさらに含むことが望ましい。
これによれば、第２の樹脂層の第２の開口を介して再配置配線を接続することができる。

本発明の１つの実施形態に係る半導体装置の一部を示す平面図。 図１のII−II線における断面図。 参考例に係る半導体装置の一部を示す断面図。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。また同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。

＜１．実施形態の構成＞
図１は、本発明の１つの実施形態に係る半導体装置の一部を示す平面図である。図２は図１のII−II線における断面図である。図１及び図２に示される半導体装置１は、半導体基板４０と、第１の樹脂層１０と、第２の樹脂層２０と、再配置配線５０と、第３の樹脂層３０とを備えている。

半導体基板４０は、例えばシリコン（Ｓｉ）によって構成され、半導体基板４０には、ＭＯＳ型トランジスタなどの少なくとも１つの能動素子（図示せず）と、この能動素子に電気的に接続された電極４２とが位置している。電極４２の少なくとも一部は、半導体基板４０の第１の面４１に位置している。

第１の樹脂層１０は、例えばポリイミド系の樹脂によって構成され、半導体基板４０の第１の面４１と接して、第１の面４１の上の一部領域に位置している。なお、本実施形態において「上」とは、半導体基板４０の第１の面４１と反対側の面４３からみて、第１の面４１に向かう方向とする。第１の樹脂層１０は、電極４２の上に、第１の開口１５を有している。第１の樹脂層１０は、半導体基板４０の第１の面４１に位置する上述の能動素子を保護する機能を有する。

第２の樹脂層２０は、例えばポリイミド系の樹脂によって構成されている。第２の樹脂層２０は、第１の樹脂層１０の上面１１の全体及び側面１２の全体を覆い、且つ、上面１１及び側面１２と接して、第１の樹脂層１０の上面１１の上と、第１の樹脂層１０の第１の開口１５内の一部と、半導体基板４０の第１の面４１の上の一部領域とにまたがって位置している。

第２の樹脂層２０の端部は、第１の樹脂層１０の側面１２よりも外側において、半導体基板４０の第１の面４１に接している。また、第２の樹脂層２０は、第１の樹脂層１０の第１の開口１５の内側に、第２の開口２５を有している。換言すれば第２の開口２５の外縁は、平面視で第１の開口１５の外縁に囲まれている。

第２の樹脂層２０は、後述するハンダボール６０などの外部端子を再配置配線５０に固定するときの応力を緩和する機能を有する。そのため、第２の樹脂層２０は、第１の樹脂層１０よりも厚く形成されている。

再配置配線５０は、例えば銅（Ｃｕ）によって構成され、第２の樹脂層２０の上の一部領域と、第２の開口２５内とにまたがって位置している。そして、再配置配線５０は、第２の樹脂層２０の上面の一部と、第２の樹脂層２０の第２の開口２５の内面と、電極４２の上面とに接しており、電極４２と電気的に接続されている。再配置配線５０には、ハンダボール６０が固定されている。

第３の樹脂層３０は、再配置配線５０の上と、第２の樹脂層２０の上の一部領域とにまたがって、ハンダボール６０を平面視で囲むように位置している。なお、本実施形態において「平面視」とは、第１の面４１に垂直な方向からみた状態をいう。第３の樹脂層３０は、再配置配線５０を他の配線などから絶縁する機能を有している。第３の樹脂層３０には、後工程での目印となる第３の開口３６が形成されている。

図１及び図２において、第３の開口３６は、１つのみ示されているが、複数形成されていてもよい。また、電極４２、第１の開口１５、第２の開口２５、再配置配線５０及びハンダボール６０も、それぞれ１つのみ示されているが、それぞれ複数形成されていてもよい。

＜２．参考例＞
図３は、参考例に係る半導体装置の一部を示す断面図である。図３において、図１又は図２に示された各構成と対応する部分には、図１又は図２に示された符号の末尾に「ａ」を付加した符号を示して、詳細な説明を省略する。

図３に示される参考例に係る半導体装置１ａは、第２の樹脂層２０ａの端部が、半導体基板４０ａの第１の面４１ａに接しておらず、第２の樹脂層２０ａの端部が、第１の樹脂層１０ａの上面１１ａの上に位置している点で、図１及び図２に示された実施形態と異なる。
また、図３に示される参考例においては、第２の樹脂層２０ａに開口２６ａが形成されている。開口２６ａは、後工程での目印として機能する。

図３に示されるような構成において、第２の樹脂層２０ａの材料と第１の樹脂層１０ａの材料との間で線膨張係数などのミスマッチがあると、第１の樹脂層１０ａに破断部１９ａが形成されてしまう場合がある。

この問題への対応策として、ミスマッチの小さい材料の組み合わせを選択することも考えられるが、ミスマッチの最小化のみを優先してしまうと、材料選択の自由度が低下し、設計の自由度が低下するおそれがある。

そこで、第１の樹脂層１０ａに破断部１９ａが形成されてしまう理由についてさらに詳細に検討する。
第１の樹脂層１０ａは、例えば、第２の樹脂層２０ａより大きい線膨張係数を有する場合に、第２の樹脂層２０ａから外力を受けることにより、内部に応力が発生する。特に、図３に示される参考例においては、第１の樹脂層１０ａの上面１１ａは第２の樹脂層２０ａに密着しており、第１の樹脂層１０ａの下面１３ａは半導体基板４０ａに密着しており、且つ、第２の樹脂層２０ａは半導体基板４０ａに接していない。このため、第１の樹脂層１０ａは、上面１１ａと下面１３ａとで別方向の外力を受けることにより、応力が発生する可能性がある。

また、第２の樹脂層２０ａは第１の樹脂層１０ａの上面１１ａの全体に密着しているのではなく、第１の樹脂層１０ａの上面１１ａの一部領域に密着している。このため、第１の樹脂層１０ａの特定の箇所に、応力が集中してしまう可能性がある。

さらに、第１の樹脂層１０ａは膜厚が比較的薄いため、第１の樹脂層１０ａの単位断面積当たりにかかる力が大きくなりやすい。この単位断面積当たりの力が、第１の樹脂層１０ａを構成する材料の破断強度を超えると、第１の樹脂層１０ａに破断部１９ａが形成される。
第１の樹脂層１０ａに破断部１９ａが形成されるのは、以上のような理由によるものと考えられる。

＜３．実施形態の作用効果＞
これに対し、図１及び図２に示された実施形態においては、以下のようにして、第１の樹脂層１０に破断部が形成されることを抑制している。
まず、図１及び図２に示された実施形態においては、第２の樹脂層２０が第１の樹脂層１０の上面１１及び側面１２を覆っている。これによれば、第１の樹脂層１０及び第２の樹脂層２０の線膨張係数が違っていても、第１の樹脂層１０の特定の箇所に応力が集中することを抑制できる。

また、図１及び図２に示された実施形態においては、第２の樹脂層２０が、第１の樹脂層１０の上面１１の全体及び側面１２の全体を覆っている。従って、第１の樹脂層１０の特定の箇所に応力が集中することがさらに抑制される。

また、第１の樹脂層１０の下面１３は半導体基板４０の第１の面４１に密着しているので、第１の樹脂層１０は半導体基板４０に対して伸縮することが抑制されている。その一方、第１の樹脂層１０の側面１２より外側において、第２の樹脂層２０も半導体基板４０の第１の面４１に密着しているので、第２の樹脂層２０も半導体基板４０に対して伸縮することが抑制されている。従って、図１及び図２に示された実施形態によれば、第２の樹脂層２０によって第１の樹脂層１０に発生する応力そのものも低減できる。

また、図１及び図２に示された実施形態においては、電極４２の上に、第１の樹脂層１０が第１の開口１５を有する場合に、第２の樹脂層２０が第１の開口１５の内側に第２の開口２５を有し、第２の樹脂層２０が第１の開口１５の内側において電極４２又は半導体基板４０に密着している。これにより、第１の樹脂層１０の第１の開口１５の周囲においても、応力が発生することが抑制される。そして、第２の開口２５の内側に電極４２の上面が露出するので、電極４２の上面から第２の樹脂層２０の上の位置まで、再配置配線５０を接続することができる。

なお、第３の樹脂層３０の材料としては、第２の樹脂層２０の材料とのミスマッチが小さいものを選ぶことが望ましい。ただし、第２の樹脂層２０に応力が発生したとしても、第２の樹脂層２０は第１の樹脂層１０よりも厚いので、第２の樹脂層２０の単位断面積当たりにかかる力はあまり大きくならない。このことから、第２の樹脂層２０に破断部が生じる可能性は、第１の樹脂層１０よりも低い。従って、第３の樹脂層３０は、材料選択の自由度が比較的高い。

１、１ａ…半導体装置、１０、１０ａ…第１の樹脂層、１１、１１ａ…上面、１２、１２ａ…側面、１３、１３ａ…下面、１５、１５ａ…第１の開口、１９ａ…破断部、２０、２０ａ…第２の樹脂層、２５、２５ａ…第２の開口、２６ａ…開口、３０、３０ａ…第３の樹脂層、３６…第３の開口、４０、４０ａ…半導体基板、４１、４１ａ…第１の面、４２、４２ａ…電極、４３、４３ａ…反対側の面、５０、５０ａ…再配置配線、６０、６０ａ…ハンダボール。

Claims (7)

1. 第１の面を有する半導体基板と、
   前記第１の面に位置する少なくとも１つの能動素子と、
   前記少なくとも１つの能動素子上に位置する第１の樹脂層と、
   前記第１の樹脂層の上面及び前記第１の樹脂層の側面を覆う第２の樹脂層と、
   を含む半導体装置。
2. 前記第２の樹脂層は、前記第１の面に対する平面視における前記第１の樹脂層の外側の位置で前記第１の面に接している、請求項１記載の半導体装置。
3. 前記第２の樹脂層は、前記第１の樹脂層の上面全体及び前記第１の樹脂層の側面全体を覆っている、請求項１又は請求項２記載の半導体装置。
4. 前記第２の樹脂層は、前記第１の樹脂層よりも厚い、
   請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の半導体装置。
5. 前記第２の樹脂層は、前記第１の樹脂層よりも線膨張係数が小さい、
   請求項１乃至請求項４のいずれか一項記載の半導体装置。
6. 前記少なくとも１つの能動素子に電気的に接続され、前記第１の面に位置する少なくとも１つの電極をさらに含み、
   前記第１の樹脂層は、前記少なくとも１つの電極上に位置する第１の開口を有し、
   前記第２の樹脂層は、前記第１の開口の内側に位置する第２の開口を有する、
   請求項１乃至請求項５のいずれか一項記載の半導体装置。
7. 前記第２の絶縁層上と前記第２の開口内とにまたがって位置し、前記少なくとも１つの電極に電気的に接続された再配置配線をさらに含む、請求項６記載の半導体装置。

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