專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別是涉及在搭載基板上 連接半導(dǎo)體裝置而成的封裝件狀態(tài)的可靠性高的半導(dǎo)體裝置及其制造 方法。
背景技術(shù)：
近幾年，隨著電子設(shè)備的小型化、高功能化，對(duì)于半導(dǎo)體芯片也
要求小型化及布線的高密度化。例如，在按90nm規(guī)則設(shè)計(jì)的微處理器 中，其時(shí)鐘頻率達(dá)到數(shù)GHz，驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到100A，以前的布線技術(shù)的 性能提高正在達(dá)到界限。為了實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘頻率超過lOGHz，驅(qū)動(dòng)電流達(dá) 到數(shù)百A的微處理器，需要全新構(gòu)造的布線技術(shù)。特別是對(duì)于進(jìn)行高 速動(dòng)作的半導(dǎo)體芯片，在作為電源供給源的電源電路的強(qiáng)化方面要求 增加電源分配能力(布線容量)。另一方面，減小高速信號(hào)下在信號(hào)焊盤 和電源電路之間產(chǎn)生的寄生效應(yīng)對(duì)于防止信號(hào)特性劣化是很重要的。 為改善其電源供給和信號(hào)特性，在半導(dǎo)體芯片之上需要以與半導(dǎo)體芯 片不同的布線技術(shù)制造的晶片級(jí)的再布線技術(shù)。
還有，近幾年，在半導(dǎo)體裝置中，為了實(shí)現(xiàn)高速動(dòng)作，正在采用 相對(duì)介電常數(shù)低至2.5以下的稱作low—k材的絕緣材料。還有，考慮 到對(duì)環(huán)境的影響，無Pb焊錫材料正在作為焊錫球的材料被采用。然而， 該low—k材與以前的半導(dǎo)體元件中使用的氧化硅、氮化硅及氧氮化硅 等相比，硬度及彈性率等機(jī)械強(qiáng)度低。還有，無Pb焊錫材料與以前的 Pb — Sn系共晶焊錫材料比較，體現(xiàn)材料變形容易性的潛變特性差。因 此，凝固后的焊錫球自身的變形量小，焊錫球內(nèi)的殘余應(yīng)力變大。
這樣，在使用了 low — k材及無Pb焊錫球的半導(dǎo)體裝置中，由于
在實(shí)裝時(shí)產(chǎn)生的焊錫球內(nèi)的殘余應(yīng)力及使用時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力，會(huì)出現(xiàn) 含焊錫球的連接部的斷裂或機(jī)械強(qiáng)度弱的low — k材的脆性損壞、剝離 及開裂等，有可能難以確保封裝件組裝時(shí)或?qū)嵱脮r(shí)的可靠性。
以前，半導(dǎo)體芯片是搭載在印刷基板或增層基板等實(shí)裝基板上作
為半導(dǎo)體裝置(封裝件)來使用。作為該半導(dǎo)體裝置，F(xiàn)CBGA(倒裝芯片 球柵格陣列)封裝件或晶片級(jí)CSP(芯片級(jí)封裝件)是公知的。對(duì)于這些 封裝件，為了緩解上述熱應(yīng)力而想出了各種辦法。
FCBGA主要用于需要電源電壓的穩(wěn)定供給及應(yīng)對(duì)高速信號(hào)的情 況。例如，在專利文獻(xiàn)1中披露了把半導(dǎo)體芯片用焊錫凸起連接于BGA 基板，為了保護(hù)微小的焊錫凸起連接部而填充欠滿樹脂的技術(shù)。根據(jù) 專利文獻(xiàn)1，能提供即使產(chǎn)生熱膨脹所造成的熱應(yīng)變，焊錫凸起的斷線、 半導(dǎo)體芯片的剝落也不會(huì)出現(xiàn)的可靠性高的BGA構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置。
還有，按實(shí)質(zhì)上與半導(dǎo)體芯片同一尺寸形成的晶片級(jí)CSP主要用 于手機(jī)或數(shù)碼相機(jī)等小型電子設(shè)備。例如，在專利文獻(xiàn)2中披露了在 半導(dǎo)體芯片上設(shè)置低彈性率層，在其上設(shè)置外部電極端子的技術(shù)。根 據(jù)專利文獻(xiàn)2，這樣在金屬球下部設(shè)置低彈性率層，能緩解加在金屬球 上的應(yīng)力。還有，在半導(dǎo)體芯片的表面上從焊盤很大地隔開而設(shè)置金 屬球，能防止金屬球上產(chǎn)生的應(yīng)力傳遞到與焊盤連接的半導(dǎo)體芯片上。
還有，以通過FCBGA來提高連接可靠性為目的，例如，在專利 文獻(xiàn)3中披露了在半導(dǎo)體元件上直接設(shè)置布線層的技術(shù)。根據(jù)專利文 獻(xiàn)3，在內(nèi)置了半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體裝置中，在外部端子上設(shè)置具有剛 性高的芯材的樹脂基板，從而提高封裝件的長期可靠性。
專利文獻(xiàn)l:特開平11 — 74417號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:特開平11 — 204560號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)3:特開2002 — 246500號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)4:特開平10 — 51105號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)5:特開平9一64493號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)6:特開平6 — 334334號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明打算解決的課題
然而，在上述以前的技術(shù)中有以下問題點(diǎn)。
在專利文獻(xiàn)1記載的技術(shù)中，采用欠滿樹脂來提高焊錫球連接部 的剛性而防止斷裂，所以會(huì)在半導(dǎo)體芯片內(nèi)部影響到剛性高的布線層， 有可能產(chǎn)生微細(xì)布線、微小通路的斷線、采用low—k材的絕緣膜的損 壞或剝離等。還有，在應(yīng)力特別集中的半導(dǎo)體芯片和焊錫球的連接附 近，在絕緣層采用了與氧化硅、氮化硅及氧氮化硅等相比彈性率低的 有機(jī)樹脂的場(chǎng)合，會(huì)產(chǎn)生大的變形，在有機(jī)樹脂所形成的絕緣層內(nèi)設(shè) 置的布線層由于各自的剛性和形狀，在各層會(huì)有不同的變形量、移動(dòng) 量，所以在與通路的連接部分，特別是半導(dǎo)體基板側(cè)的布線和通路的 分界線上應(yīng)力會(huì)集中。§卩，專利文獻(xiàn)1中的通路構(gòu)造成為在應(yīng)力集中 的部位上具有通路的連接界面的構(gòu)造。
在專利文獻(xiàn)2記載的技術(shù)中，為了防止金屬球上產(chǎn)生的應(yīng)力向與 焊盤連接的半導(dǎo)體芯片傳播，從焊盤很大地隔開而設(shè)置了金屬球，所 以半導(dǎo)體芯片表面上需要多余的空間。對(duì)于端子數(shù)多的倒裝芯片實(shí)裝 用的半導(dǎo)體芯片，難以確保用于從焊盤隔開而設(shè)置金屬球的空間以及 由此引起的布線圖形的引導(dǎo)空間。即，它是只能用于存儲(chǔ)器等焊盤少 的半導(dǎo)體芯片的技術(shù)，不能對(duì)應(yīng)今后伴隨高功能化的焊盤數(shù)增加、伴 隨小型化的窄節(jié)距化。
在專利文獻(xiàn)3記載的技術(shù)中，靠具有剛性的樹脂材料來提高外部 端子側(cè)的可靠性，不過，其反面是，在外部端子側(cè)靠具有剛性的樹脂 材料來矯正由于埋設(shè)半導(dǎo)體元件而產(chǎn)生的熱膨脹，所以由于變形而釋
放的應(yīng)力會(huì)加在埋設(shè)的半導(dǎo)體芯片上，在成為與剛性高的金屬的接合 點(diǎn)的通路、半導(dǎo)體元件上的端子部分引起應(yīng)力集中，半導(dǎo)體元件的布 線會(huì)產(chǎn)生斷線。再有，在半導(dǎo)體元件上使用實(shí)裝基板所用的布線技術(shù)， 所以布線的設(shè)計(jì)規(guī)則變大，半導(dǎo)體元件的高速信號(hào)所對(duì)應(yīng)的阻抗匹配、 窄節(jié)距多管腳的引導(dǎo)對(duì)應(yīng)變得困難。即，包括由于矯正、變形而釋放 的應(yīng)力在內(nèi)，會(huì)使應(yīng)力集中在與半導(dǎo)體芯片的連接部分。并且，在專
利文獻(xiàn)3記載的技術(shù)中，與專利文獻(xiàn)1同樣，成為在應(yīng)力很大地集中 的半導(dǎo)體基板側(cè)的布線和通路的分界線上配置通路的連接界面的構(gòu) 造。
本發(fā)明的主要課題是提供確保微小通路處的連接可靠性的可靠性 高的半導(dǎo)體裝置。
用于解決課題的方案
本發(fā)明的第1方面是一種半導(dǎo)體裝置，具備半導(dǎo)體基板；配置 在上述半導(dǎo)體基板上，并且具有至少1以上的第1布線層、至少1以 上的第1絕緣層及第1通路的第1布線構(gòu)造體；配置在上述第1布線 構(gòu)造體上，并且具有至少1以上的第2布線層、至少1以上的第2絕 緣層、第2通路及第3通路的第2布線構(gòu)造體；以及設(shè)置在上述第2 布線構(gòu)造體上的外部端子，其特征在于，與上述第2布線構(gòu)造體的上 述第2布線層和上述外部端子接合的上述第2通路在上述外部端子側(cè)
的端部配置了接合界面。
本發(fā)明的第2方面是一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在其上
形成了半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體基板上形成具有第1絕緣層、第1布線層、
第1通路的第1布線構(gòu)造體的工序；在上述第1布線構(gòu)造體上形成具 有第2絕緣層、第2布線層、第2通路及第3通路的第2布線構(gòu)造體 的工序；以及在上述第2布線構(gòu)造體上形成外部端子的工序，其特征 在于，形成上述第2布線構(gòu)造體的工序包括形成上述第2布線層的 工序；在上述第2布線層上形成成為上述第2通路的金屬柱的工序；
以上述第2絕緣層覆蓋上述第2布線層和上述金屬柱的工序；以及通 過研磨上述第2絕緣層的表面而使上述金屬柱露出的工序。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，能由厚的絕緣層和布線層所組成的第2布線構(gòu)造體 緩解半導(dǎo)體芯片上產(chǎn)生的應(yīng)力，保護(hù)微小的第1布線構(gòu)造體。即，在 半導(dǎo)體基板上交替積層第1布線層和第1絕緣層而成的第1布線構(gòu)造 體上，設(shè)置第2布線構(gòu)造體，從而能以第2布線構(gòu)造體有效地緩解搭 載到實(shí)裝基板后半導(dǎo)體裝置中產(chǎn)生的應(yīng)力，減少加在第1布線構(gòu)造體 上的應(yīng)力，其中，第2布線構(gòu)造體是采用有機(jī)樹脂作為絕緣層，積層 比第1布線構(gòu)造體厚的第2絕緣層和第2布線層而成的。
在應(yīng)力集中容易產(chǎn)生的第2布線構(gòu)造體，特別是外部端子附近， 通路所連接的外部端子和布線層、多個(gè)布線層間的各層的變形、移動(dòng) 量及其方向會(huì)隨各自的形狀和厚度、絕緣層的貼緊面積而不同，通路
上會(huì)有應(yīng)力集中。特別是，對(duì)于通路，在樹脂變形很大地作用的通路 和半導(dǎo)體基板側(cè)的布線層的分界線上會(huì)有應(yīng)力集中。在本發(fā)明中，在 與該半導(dǎo)體基板側(cè)的布線層的分界線上不設(shè)置接合界面，而是在外部 端子側(cè)的區(qū)域上設(shè)置接合界面，包括接合界面周圍而使絕緣層和布線 層貼緊，絕緣層被布線層矯正而在包含通路的接合界面的貼緊區(qū)域成 為同樣的變形，所以能提高通路的連接可靠性。這特別是對(duì)cl)20um 以下的通路直徑有效。因此，能提供驅(qū)動(dòng)電流大、高頻下動(dòng)作的可靠 性高的半導(dǎo)體裝置。


圖1是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成 的部分?jǐn)嗝鎴D。
圖2是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置中的第 1布線構(gòu)造體的構(gòu)成的放大部分?jǐn)嗝鎴D。
圖3是用于說明本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置中的第2
布線構(gòu)造體的應(yīng)力集中狀態(tài)的部分?jǐn)嗝鎴D。
圖4是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置的第1 變形例的構(gòu)成的部分?jǐn)嗝鎴D。
圖5是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置的第2 變形例的構(gòu)成的部分?jǐn)嗝鎴D。
圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置的外部端子減 少的效果的例子的示意圖。
圖7是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造 方法的第1工序斷面圖。
圖8是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造 方法的第2工序斷面圖。
圖9是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成 的部分?jǐn)嗝鎴D。
圖10是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施例3所涉及的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成 的部分?jǐn)嗝鎴D。
圖11是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施例3所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造 方法的第1工序斷面圖。
圖12是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施例3所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造 方法的第2工序斷面圖。
符號(hào)說明
11半導(dǎo)體基板
12第1布線構(gòu)造體
13鈍化膜
14第2絕緣層
15第2布線層
16第2通路
16a接合界面
17第2布線構(gòu)造體
18外部端子
20外涂膜
21柵極電極
22源極電極
23漏極電極
24 MOS晶體管
25芯棒
26第l布線層
27第1絕緣層
28布線
29絕緣膜
30第1通路
31空區(qū)域
32供電層
33電鍍抗蝕劑
34、 35電解電鍍金屬
36金屬柱
37貼緊層
38布線矯正區(qū)域
39應(yīng)力集中部位
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置，具備半導(dǎo)體基板(圖1 的11);配置在上述半導(dǎo)體基板(圖1的ll)上，并且具有至少l個(gè)以上 的第1布線層(圖2的26)、至少1個(gè)以上的第1絕緣層(圖2的27)、第 1通路(圖2的30)的第1布線構(gòu)造體(圖1的12);配置在上述第1布線 構(gòu)造體(圖1的12)上，并且具有至少l個(gè)以上的第2布線層(圖1的15)、 至少1個(gè)以上的第2絕緣層(圖1的14)、第2通路(圖1的16)及第3 通路(圖1的19)的第2布線構(gòu)造體(圖1的17);以及設(shè)置在上述第2 布線構(gòu)造體(圖1的17)上的外部端子(圖1的18),其中，與上述第2
布線構(gòu)造體(圖1的17)的上述第2布線層(圖1的15)和上述外部端子(圖 1的18)接合的上述第2通路(圖1的16)在上述外部端子(圖1的18)側(cè) 的端部配置了接合界面(圖1的16a)。
本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在其 上形成了半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體基板(圖7(a)的ll)上形成具有第1絕緣 層、第1布線層、第1通路的第1布線構(gòu)造體(圖7的12)的工序；在上 述第1布線構(gòu)造體(圖7(a)的12)上形成具有第2絕緣層(圖8(d)的14)、 第2布線層(圖8(d)的15)、第2通路(圖8(d)的16)及第3通路(圖8(d) 的19)的第2布線構(gòu)造體(圖8(d)的17)的工序；以及在上述第2布線構(gòu) 造體(圖8(d)的17)上形成外部端子(圖8(d)的18)的工序，其中，形成上 述第2布線構(gòu)造體(圖8(d)的17)的工序包括形成上述第2布線層(與 圖7(d)的電解電鍍34對(duì)應(yīng))的工序；在上述第2布線層(圖8(a)的15)上 形成成為上述第2通路(圖8(d)的16)的金屬柱(圖8(a)的36)的工序；以 上述第2絕緣層(圖8(b)的14)覆蓋上述第2布線層(圖8(b)的15)和上述 金屬柱(圖8(b)的36)的工序；以及通過研磨上述第2絕緣層(圖8(c)的 14)的表面而使上述金屬柱(與圖8(c)的第2通路16對(duì)應(yīng))露出的工序。
實(shí)施例1
采用附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置。圖1是 示意地表示本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的部分?jǐn)嗝?圖。圖2是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置中的第1 布線構(gòu)造體的構(gòu)成的放大部分?jǐn)嗝鎴D。
參照?qǐng)D1，在實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置中，設(shè)有半導(dǎo)體基板 11，在該半導(dǎo)體基板11的表面上設(shè)有第1布線構(gòu)造體12。在第1布線 構(gòu)造體12上設(shè)有第2布線構(gòu)造體17。半導(dǎo)體基板11例如由Si或GaAs 構(gòu)成。
參照?qǐng)D2，在第1布線構(gòu)造體12中，在半導(dǎo)體基板11的表面上互
相隔開而形成了擴(kuò)散層22、 23(例如源極電極22及漏極電極23)，在該 源極電極22和漏極電極23夾著的溝道區(qū)域上，隔著柵極絕緣膜(未圖 示)而形成了柵極電極21。由該柵極電極21、源極電極22及漏極電極 23構(gòu)成MOS(Metal Oxide Semiconductor:金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管 24。在半導(dǎo)體基板11上設(shè)有多個(gè)該MOS晶體管24。
在該MOS晶體管24及半導(dǎo)體基板11的表面上，形成了由絕緣膜 29覆蓋的第1絕緣層27。在半導(dǎo)體基板11上的第1絕緣層27上，形 成了與源極電極22、漏極電極23連接的芯棒25。在第1絕緣層27上 設(shè)有第1布線層26。第1布線層26由布線28及絕緣膜29構(gòu)成。布線 28通過第1絕緣層27上形成的芯棒25分別與源極電極22及漏極電極 23電連接。而且，在第1布線層26上設(shè)有第1絕緣層27，其上設(shè)有 第1布線層26。第1絕緣層27由絕緣膜29及第1通路30構(gòu)成。第1 絕緣層27的上層及下層的第1布線層26的布線28通過對(duì)應(yīng)的第1通 路30而電連接。而且，第l絕緣層27及第l布線層26交替積層而構(gòu) 成第1布線構(gòu)造體12。
第1布線構(gòu)造體12的布線28及第l通路30例如主要由銅、鋁組 成，例如采用大馬士革法形成。大馬士革法是通過干蝕刻而在絕緣膜 按希望的布線圖形、通路圖形的形狀形成槽(trench)，采用濺射法、 CVD(Chemical Vapor Deposition難、ALD(Atomic Layer Deposition難等 設(shè)置阻擋金屬之后，采用濺射法等形成電解電鍍用的供電層(未圖示)， 通過電解銅電鍍而用銅埋住槽(trench)之后采用CMP(Chemical Mechanical Polishing)法只在槽(trench)內(nèi)留下銅而獲得得希望的布線的 方法。
第1絕緣層27的厚度例如為0.2 1.6um。還有，優(yōu)選的是，多 個(gè)第1絕緣層27中的設(shè)置在半導(dǎo)體基板11附近的至少1個(gè)第1絕緣 層27使用low — k材。作為low — k材，例如，使用多孔質(zhì)氧化硅膜， 其25'C下的彈性率為4至10GPa。
如圖1所示，在第1布線構(gòu)造體12上設(shè)有由無機(jī)材料或有機(jī)材料 組成的絕緣性的鈍化膜13，其上設(shè)有第2布線層15和第2絕緣層14。 第2布線層15和第1布線構(gòu)造體12的表面的布線(圖2的28)通過第3 通路19而電連接。而且，第2絕緣層14及第2布線層15交替積層而 構(gòu)成第2布線構(gòu)造體17。多個(gè)第2布線層15通過設(shè)在第2絕緣層14 內(nèi)的第2通路16而電連接。在最表面的第2絕緣層14上設(shè)有外部端 子18。外部端子18通過對(duì)應(yīng)的第2通路16而與第2布線層15電連接。 外部端子18根據(jù)連接方法可以是按表層布線改變位置的構(gòu)造，也可以 是直接設(shè)在第2通路16上的構(gòu)造。
第2布線層15例如可由銅構(gòu)成，其厚度為5um。第2布線層15 例如采用減法、半加法、全加法等與第1布線構(gòu)造體12不同的布線形 成法形成。減法是例如專利文獻(xiàn)4中披露的，對(duì)于設(shè)在基板或樹脂上 的銅箔，把按希望的圖形形成的抗蝕劑作為蝕刻掩膜，進(jìn)行機(jī)械蝕刻 之后除去抗蝕劑而獲得希望的布線圖形的方法。半加法是例如專利文 獻(xiàn)5中披露的，采用無電解電鍍、濺射法、CVD法等形成供電層之后， 形成按希望的圖形而開口的抗蝕劑，使電解電鍍金屬析出到抗蝕劑開 口內(nèi)部，除去抗蝕劑后對(duì)供電層進(jìn)行蝕刻而獲得希望的布線圖形的方 法。全加法是例如專利文獻(xiàn)6中披露的，在基板或樹脂的表面上吸附 無電解電鍍觸媒之后以抗蝕劑形成圖形，把該抗蝕劑作為絕緣層留下 而激活觸媒，采用無電解電鍍法使金屬在絕緣層的開口部析出而獲得 希望的布線圖形的方法。
還有，第2布線層15和外部端子18在半導(dǎo)體基板11側(cè)的面上具 有貼緊層37。貼緊層37可以是對(duì)鈍化膜13、第2絕緣層14的材料具 有貼緊力的材料，例如可以是鈦、鎢、鎳、鉭、釩、鉻、鉬、銅、鋁 或它們的合金等，其中優(yōu)選的是鈦、鎢、鉭、鉻、鉬或它們的合金， 而且更優(yōu)選的是鈦、鴇或它們的合金。再有，鈍化膜13、第2絕緣層 14的表面可以是具有細(xì)小凹凸的粗化面，在該場(chǎng)合，用銅、鋁也容易
得到良好的貼緊力。再有，作為進(jìn)一步使貼緊力提高的手段，優(yōu)選的
是釆用濺射法來形成。在第2通路16和外部端子18、第2布線層15 之間存在貼緊層37，并且外部端子18、第2布線層15的貼緊層37的 面積大于第2通路16和外部端子18之間或第2布線層和15第2絕緣 層14的接合面積，所以包含第2通路周圍的第2絕緣層14被外部端 子18和第2布線層15矯正。因此，處于貼緊層37周圍的外部端子18、 第2布線層15、第2通路16及第2絕緣層14大致向同樣的方向移動(dòng)， 所以第2通路16和外部端子18、第2布線層15的接合界面變形小， 即使是微小通路直徑的第2通路16也能有效地防止接合界面處的斷 裂。
第2布線層15比第1布線構(gòu)造體12的第1布線層(圖2的26)厚。 第2布線層15的厚度例如為3 12nm，其中優(yōu)選的是5 10u m。在 厚度不滿3nm場(chǎng)合，布線電阻變高，半導(dǎo)體裝置的電源電路的電特性 會(huì)惡化。厚度超過12um的布線層會(huì)使得掩蓋布線層的絕緣層的表面 上產(chǎn)生反映布線層的凹凸的大起伏，對(duì)積層數(shù)產(chǎn)生限制，第2布線構(gòu) 造體17自身的厚度增加，半導(dǎo)體裝置整體的翹曲變大，由于工藝上的 制約而難以形成。
第2絕緣層14例如由有機(jī)材料形成，例如由環(huán)氧樹脂、環(huán)氧丙烯 酸酯樹脂、丙烯酸氨酯樹脂、聚酯樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂、 BCB(Benzocyclobutene) 、 PBO(Polybenzoxazole)及降冰片烯樹脂等形 成。特別是聚酰亞胺樹脂及PBO，膜強(qiáng)度、拉伸彈性率及斷裂延伸率 等機(jī)械特性出色，因而能獲得高的可靠性。有機(jī)材料可以采用感光性 或者非感光性的。使用有機(jī)材料作為第2絕緣層14，能使得在實(shí)裝基 板上搭載了半導(dǎo)體裝置時(shí)從外部端子18加在半導(dǎo)體裝置上的應(yīng)力主要 通過第2絕緣層14的變形來緩解，能有效地減少向第1布線構(gòu)造體12 的應(yīng)力傳播。
第2絕緣層14在25'C的彈性率例如為0.15 8GPa。在彈性率不
滿0.15GPa場(chǎng)合，應(yīng)力緩解時(shí)的第2絕緣層14的變形量變大，第2布 線層15的應(yīng)力大部分會(huì)起作用，第2布線層15的斷線及第2布線層 15/第2通路16的界面等處的損壞容易產(chǎn)生。在彈性率超過8Gpa的場(chǎng) 合，第2絕緣層14的變形量變得缺乏，第2布線構(gòu)造體17上的應(yīng)力 緩解不足，在第1布線構(gòu)造體12中容易產(chǎn)生層間剝離及絕緣膜損壞等。 因此，優(yōu)選的是0.15 8GPa。還有，第2布線構(gòu)造體17的第2絕緣層 14的彈性率比第1布線構(gòu)造體12的第1絕緣層(圖2的27)的低的組合， 能通過第2絕緣層14有效地緩解應(yīng)力，保護(hù)第1布線構(gòu)造體12。
還有，第2絕緣層14的斷裂延伸率例如為15%以上。在斷裂延 伸率不滿15%場(chǎng)合，第2絕緣層14容易產(chǎn)生開裂。例如，在實(shí)裝基板 上搭載實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置，進(jìn)行了一55 125X:的溫度循環(huán) 試驗(yàn)的場(chǎng)合，在100 300循環(huán)下第2絕緣層14產(chǎn)生開裂。因此，斷 裂延伸率優(yōu)選的是15%以上。
再有，第2絕緣層14例如在25'C的彈性率為1.5GPa以上的場(chǎng)合， 熱膨脹系數(shù)優(yōu)選的是40ppm/°C以下。在熱膨脹系數(shù)超過40ppm/°C的場(chǎng) 合，由于第2絕緣層14的內(nèi)部應(yīng)力，形成半導(dǎo)體裝置的晶片會(huì)產(chǎn)生翹 曲。該翹曲量對(duì)于直徑200mm(8英寸)、厚度0.725mm的硅晶片會(huì)使 絕緣層的整體厚度從30 35 u m附近變?yōu)槌^200li m，在后邊的硅晶 片背面磨削、劃片等芯片化工序等中成為問題。使熱膨脹系數(shù)為20ppm/ "C以下，能進(jìn)一步減小芯片的翹曲量，使得可以加厚絕緣膜的整體厚 度。另外，在第2絕緣層14于25'C的彈性率不滿1.5GPa場(chǎng)合，不依 賴于熱膨脹系數(shù)的值，在絕緣膜的整體厚度為30 35um附近的情況 下晶片的翹曲不滿200U m。
接合界面16a配置在第2通路16的外部端子18側(cè)的端部。在第2 通路16的外部端子18側(cè)的端部具有接合界面16a的構(gòu)造，與在第2 通路16的半導(dǎo)體基板11側(cè)的端部具有接合界面的構(gòu)造，即在第2通 路16和其半導(dǎo)體基板側(cè)的第2布線層15的分界線上具有接合界面的
構(gòu)造相比，能有效地防止第2布線構(gòu)造體17中的第2通路16和第2 布線層15及外部端子18的界面斷裂。這是因?yàn)樵诰邆渚哂杏袡C(jī)樹脂 的第2布線構(gòu)造體17的半導(dǎo)體裝置中，若實(shí)裝基板搭載后有應(yīng)力施加， 則與彈性率及剛性高的第2布線層15相比，彈性率低的第2絕緣層14 的變形會(huì)很大地產(chǎn)生，連接多個(gè)第2布線層15的第2通路16上會(huì)產(chǎn) 生應(yīng)力集中。該應(yīng)力的集中，如圖3中給出的說明，在實(shí)裝基板上連 接半導(dǎo)體裝置，從而從圖3(a)的單體的狀態(tài)，變?yōu)槭艿綀D3(b)的箭頭所 示的外部應(yīng)力的狀態(tài)。在受到該外部應(yīng)力的狀態(tài)下，由于外部電極18、 第2布線層15的圖形的不同，各層上的變形方向、量也會(huì)變化。還有， 通過貼緊層37使第2絕緣層14和外部端子18或第2布線層15牢固 接合，所以會(huì)在第2絕緣層14上產(chǎn)生圖3所示的布線矯正區(qū)域38。在 該布線矯正區(qū)域38上，第2絕緣層14由外部端子18、第2布線層15 來矯正變形，模仿各自的圖形，所以應(yīng)力不會(huì)集中在第2通路16的接 合界面上。
另一方面，在第2布線層15對(duì)第2絕緣層14的強(qiáng)制力變?nèi)醯牡?2通路16的半導(dǎo)體基板11側(cè)的端部和第2布線層15的分界線上，由 于第2絕緣層14的變形和第2布線層15的剛性，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中部 位39。這樣，成為在第2通路16的外部端子18側(cè)的端部具有接合界 面(圖1的16a)的構(gòu)造，就能有效地防止第2通路16上的接合界面斷裂， 特別是對(duì)于4)20um以下的第2通路16，能提高連接可靠性。在第2 通路16的半導(dǎo)體基板11側(cè)的端部和第2布線層15的分界線上，不存 在貼緊層37，第2布線層15和第2通路16形成一體。作為一體的狀 態(tài)，優(yōu)選的是，沒有使應(yīng)力集中部位39斷裂的界面，并且優(yōu)選的是， 按構(gòu)成第2布線層15和第2通路16的材料的粒界在應(yīng)力集中部位39 不會(huì)平面地切斷第2通路16的方式來設(shè)置。
為了把第2通路16的接合界面16a設(shè)為外部端子側(cè)，采用在第2 通路16的位置預(yù)先以電鍍法形成柱，或者進(jìn)行整面電鍍之后通過蝕刻 形成柱和布線，然后形成有機(jī)材料的絕緣膜，然后進(jìn)行研磨，使柱露
出而作為第2通路16的方法。在電鍍法中，通過預(yù)處理而除去基礎(chǔ)金 屬表面的氧化物，并且在初期的電鍍金屬析出時(shí)，是模仿基礎(chǔ)金屬的 粒界的外延生長，所以盡管工序是分開的，最終構(gòu)成的第2布線層15 和第2通路16也會(huì)成為一體物。因此，能避免粒界平面地切斷的狀態(tài)。
還有，外部端子18也可以是圖4、圖5所示的構(gòu)造。在圖4中， 在采用焊錫材料進(jìn)行連接的場(chǎng)合，為能得到只向外部端子18供給焊錫 的狀態(tài)而以外涂膜20限制開口。由于該外涂膜20的限制，焊錫的流 動(dòng)量被限制，能使在實(shí)裝基板上搭載半導(dǎo)體裝置時(shí)的安裝高度得以穩(wěn) 定。還有，在圖5所示的構(gòu)造中，在外涂膜20的開口內(nèi)部露出與外部 端子18連接的第2通路16，按覆蓋第2通路16的露出部分和外涂膜 20的開口部的方式設(shè)置外部端子18。圖5的構(gòu)造能更有效地分散外部 端子18上的應(yīng)力集中。外涂膜20例如由環(huán)氧樹脂、環(huán)氧丙烯酸酯樹 脂、丙烯酸氨酯樹脂、聚酯樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂、 BCB(Benzocyclobutene) 、 PBO(Polybenzoxazole)及降冰片烯樹脂等形 成。特別是聚酰亞胺樹脂及PBO，膜強(qiáng)度、拉伸彈性率及斷裂延伸率 等機(jī)械特性出色，因而能獲得高的可靠性。有機(jī)材料可以采用感光性 或者非感光性的。在采用了感光性的有機(jī)材料的場(chǎng)合，外涂膜20的開 口部采用光刻法等來形成。在采用了非感光性或者感光性的但圖形分 辯率低的有機(jī)材料的場(chǎng)合，外涂膜20的開口部通過激光、干蝕刻法、 噴砂等來形成。
外部端子18的表面，考慮到在外部端子18的表面上形成的焊錫 球的濡濕性、與搭接線的連接性，例如可以由從銅、鋁、金、銀及焊 錫材料所組成的群中選擇的至少一種金屬及合金形成。還有，外部端 子18可以是多個(gè)層積層而成的構(gòu)成，例如，在銅層上積層鎳層和金層， 以金層為表面，可以是鎳層的厚度為3um，金層的厚度為lum。
另外，在圖1中，第2絕緣層14及第2布線層15各為2層，不 過，不受此限制，也可以根據(jù)需要而設(shè)定層數(shù)。還有，在圖2中，第l
布線層26為8層，第1絕緣層27為7層，不過，不受此限制，也可 以根據(jù)需要而設(shè)定層數(shù)。
還有，第1布線層26及第2布線層15的布線例如由從銅、鋁、 鎳、金及銀所組成的群中選擇的至少一種金屬構(gòu)成。特別是，從電阻 值及成本的觀點(diǎn)來看優(yōu)選的是銅。還有，鎳能防止與絕緣材料等其他 材料的界面反應(yīng)，可以用作利用磁性體特性的電感或電阻布線。
第2布線構(gòu)造體17的第2布線層15的厚度為第1布線構(gòu)造體12 的第l布線層26的2倍以上，所以至少具有2倍以上的容許電流量。 因此，在第2布線構(gòu)造體17的第2布線層15中，可以把多個(gè)相同電 壓的電源系列布線、接地系列布線捆扎成一個(gè)布線。把該多個(gè)布線歸 結(jié)為一個(gè)，例如圖6(b)、 (c)所示，能根據(jù)第1布線構(gòu)造體12表面上形 成的第2布線構(gòu)造體17的電連接點(diǎn)數(shù)來減少外部端子18的數(shù)。減少 該外部端子18的數(shù)，如圖6(b)所示，與未謀求減少的圖6(a)的場(chǎng)合比 較，能加大外部端子18的尺寸、間隔(節(jié)距)，所以實(shí)裝基板和半導(dǎo)體 裝置的連接面積變大，能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的實(shí)裝性和高的連接可靠性。還有， 如圖6(c)所示，若采用與未減少的場(chǎng)合相同的外部端子18的尺寸、間 隔(節(jié)距)，則能得到可在形成外部端子18的面上搭載其他無源元件、 有源元件、光元件等的空區(qū)域31。通過搭載其他零部件能實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步 的多功能化、高性能化。當(dāng)然，在搭載其他零部件的場(chǎng)合，可在空區(qū) 域31內(nèi)的希望的位置設(shè)置零部件連接用外部端子18。通過減少通路數(shù)， 不僅能減少通路處的斷裂的危險(xiǎn)性，而且能加大通路直徑，所以能進(jìn) 一步提高通路的連接可靠性。
其次，用附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法。圖7、圖8是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝 置的制造方法的工序斷面圖。另外，在各工序中可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行清洗、 熱處理。
首先，在半導(dǎo)體基板11上形成第1布線構(gòu)造體12(步驟Al;參照
圖7(a))。半導(dǎo)體基板ll例如由Si或GaAs形成，如圖2所示，形成多 個(gè)在由源極電極22和漏極電極23夾著的溝道區(qū)域上隔著柵極絕緣膜 (未圖示)而形成柵極電極21的MOS(Metal Oxide Semiconductor:金屬 氧化物半導(dǎo)體)晶體管24。第1布線構(gòu)造體12是例如在第1布線層的 布線28、第1通路30上主要使用銅、鋁，例如釆用大馬士革法來形成。 大馬士革法是通過干蝕刻而在絕緣膜上按希望的布線圖形、通路圖形 的形狀形成槽(trench)，采用濺射法、CVD(Chemical Vaper Deposition) 法、ALD(Atomic Layer Deposition)法等設(shè)置阻擋金屬之后，采用濺射 法等形成電解電鍍用的供電層，通過電解銅電鍍而用銅埋住槽(trench) 之后采用CMP(Chemical Mechanical Polishing)法只在槽(trench)內(nèi)留下 銅而獲得希望的布線的方法。還有，多個(gè)第1絕緣層27中的設(shè)在半導(dǎo) 體基板11附近的至少1個(gè)第1絕緣層27的絕緣膜29優(yōu)選的是使用low 一k材。作為low—k材，例如使用多孔質(zhì)氧化硅膜。第1絕緣層27采 用CVD法、旋涂法來形成。
其次，形成鈍化膜13(步驟A2;參照?qǐng)D7(b))。如果鈍化膜13是 無機(jī)材料，則采用CVD法、旋涂法形成鈍化膜13之后，通過干蝕刻 使得與第1布線構(gòu)造體12的連接部露出而形成開口部。如果鈍化膜13 是有機(jī)材料，則可以采用感光性或者非感光性的。在采用了感光性的 有機(jī)材料的場(chǎng)合，采用旋涂法、層壓法、沖壓法及印刷法形成鈍化膜 13之后，采用光刻法等形成鈍化膜13的開口部。在采用了非感光性或 感光性的但圖形分辯率低的有機(jī)材料的場(chǎng)合，鈍化膜13的開口部通過 激光、干蝕刻法、噴砂等來形成。
另外，圖7、圖8是以圖1等的垂直的壁表示鈍化膜13的開口部， 不過，也可以帶有圖9(實(shí)施例2)所示的錐形角。通過設(shè)置錐形角，能 減小與第i布線構(gòu)造體12的接合面積，所以能提高第1布線構(gòu)造體12 表面的布線密度，并且能加大與第2布線層15的接合面積，所以能提 高接合可靠性。并且，具有錐形角能使布線形成變得容易。
其次，采用濺射法、無電解電鍍法、CVD法、空氣溶膠法等形成
供電層32(步驟A3;參照?qǐng)D7(c))。該供電層32按接觸鈍化膜13、第2 絕緣層14的方式形成。特別是，濺射法對(duì)于鈍化膜13、第2絕緣層 14等的材料容易確保貼緊力，因而是優(yōu)選的，由貼緊金屬和電解電鍍 用的低電阻金屬的積層體形成供電層32。作為貼緊金屬，例如可以是 鈦、鎢、鎳、鉭、釩、鉻、鉬、銅、鋁或它們的合金等，其中優(yōu)選的 是鈦、鎢、鉭、鉻、鉬或它們的合金，而且更優(yōu)選的是鈦、鎢或它們 的合金。再有，鈍化膜13、第2絕緣層14的表面可以是具有細(xì)小凹凸 的粗化面，在該場(chǎng)合，用銅、鋁也容易得到良好的貼緊力。再有，作 為進(jìn)一步使貼緊力提高的手段，優(yōu)選的是采用濺射法來形成，作為濺 射成膜預(yù)處理，更優(yōu)選的是實(shí)施氬所涉及的逆濺射。
其次，在供電層32上形成電鍍抗蝕劑33，在電鍍抗蝕劑33的開 口部通過向供電層32供給電而使電解電鍍金屬34析出(步驟A4;參照 圖7(d))。電鍍抗蝕劑33采用感光性的有機(jī)材料，通過旋涂法、層壓法、 沖壓法及印刷法使電鍍抗蝕劑33成膜后，采用光刻法等形成電鍍抗蝕 劑33的開口部。
其次，按設(shè)置第2通路16的位置成為開口部的方式形成電鍍抗蝕 劑33，通過向供電層32供給電而使電解電鍍35析出(步驟A5;參照 圖7(e))。電鍍抗蝕劑33可以在圖7(d)中形成的電鍍抗蝕劑33上積層 而形成，也可以重新形成。還有，電鍍抗蝕劑33采用感光性的有機(jī)材 料，通過旋涂法、層壓法、沖壓法及印刷法使電鍍抗蝕劑33成膜后， 采用光刻法等形成電鍍抗蝕劑33的開口部。在電鍍法中，通過預(yù)處理 而除去基礎(chǔ)金屬表面的氧化物，并且在初期的電鍍金屬析出時(shí)，進(jìn)行 模仿基礎(chǔ)金屬的粒界的外延生長，所以盡管工序是分開的，最終構(gòu)成 的第2布線層15和第2通路16也會(huì)成為一體物。因此，能避免粒界 平面地切斷的狀態(tài)。
其次，除去電鍍抗蝕劑33，采用濕蝕刻法、干蝕刻法除去供電層 32，形成與成為第2通路(圖1的16)的金屬柱36形成一體的第2布線 層15(步驟A6;參照?qǐng)D8(a))。
其次，按覆蓋第2布線層15和金屬柱36的方式采用旋涂法、層 壓法、沖壓法及印刷法形成第2絕緣層14(步驟A7;參照?qǐng)D8(b))。第 2絕緣層14由環(huán)氧樹脂、環(huán)氧丙烯酸酯樹脂、丙烯酸氨酯樹脂、聚酯 樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂、BCB(Benzocyclobutene)、 PBO(Polybenzoxazole)及降冰片烯樹脂等形成。特別是聚酰亞胺樹脂及 PBO，膜強(qiáng)度、拉伸彈性率及斷裂延伸率等機(jī)械特性出色，因而能獲得 高的可靠性。
其次，采用干蝕刻法、CMP法、研磨法、拋光等除去第2絕緣層 14的表面，使通過電鍍而形成的金屬柱(圖8(b)的36)的上部露出而形 成第2通路16(步驟A8;參照?qǐng)D8(c))。采用本方法，與一般采用的通 路孔處的形成相比，由于第2通路16的接合面露出，因而容易確認(rèn)第 2通路16的穩(wěn)定形成，接合界面的清洗也能確實(shí)地進(jìn)行。作為研磨法， 在表面平坦性、加工速度方面優(yōu)選的是CMP。
其次，反復(fù)進(jìn)行圖7(c)到圖8(c)的工序，從而形成具有希望的層 數(shù)的第2布線構(gòu)造體17，此后，通過與圖7(c)到圖8(c)同樣的工序?qū)?供電層32、電鍍抗蝕劑33，采用電解電鍍、無電解電鍍、蝕刻法形成 外部端子18(步驟A9;參照?qǐng)D8(d))。
根據(jù)圖7、圖8所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法，能效率很好地形 成圖1的半導(dǎo)體裝置。還有，也可以在晶片上形成多個(gè)半導(dǎo)體裝置， 通過劃片而單片化。
根據(jù)實(shí)施例1，具有以下效果。
參照?qǐng)D1，在半導(dǎo)體裝置的外部端子18上設(shè)置焊錫球而搭載到其
他實(shí)裝基板(未圖示)上的場(chǎng)合，由于實(shí)裝基板和半導(dǎo)體裝置之間的熱膨
脹率的失配等而加在半導(dǎo)體裝置上的應(yīng)力通過第2布線構(gòu)造體17的第 2絕緣層14的變形得以緩解。而且，把接合界面16a設(shè)在第2通路16 的外部端子18側(cè)，能使接合界面離開應(yīng)力集中的第2通路16和其半 導(dǎo)體基板11側(cè)的第2布線層15的分界線，能提高第2通路16的連接 可靠性。
還有，把第2布線構(gòu)造體17中的第2布線層15的厚度設(shè)為第1 布線構(gòu)造體12的第1布線層26的2倍以上，能防止第2布線層15的 斷裂，并且能減小第2布線層15的布線電阻。再有，若第2布線層15 的厚度變大，則與其對(duì)應(yīng)，第2絕緣層14每l層的厚度也變大，所以 緩解應(yīng)力的效果好。
再有，第2布線層15的厚度為2倍以上，所以與第l布線構(gòu)造體 12的第l布線層26相比，至少具有2倍以上的容許電流量，在第2布 線構(gòu)造體17中，可以把多個(gè)采用相同電壓的電源系列、接地系列的布 線作為一個(gè)布線。對(duì)于在半導(dǎo)體元件表面上實(shí)施再布線的晶片級(jí)CSP， 在設(shè)置在半導(dǎo)體元件上時(shí)不減少與布線的連接端子數(shù)，只是單純按1 對(duì)1的關(guān)系變更配置。根據(jù)外部端子約500管腳以上的半導(dǎo)體元件， 電源系列及接地系列的端子數(shù)增加，特別是外部端子約1500管腳以上 的半導(dǎo)體元件，為了維持元件的性能，管腳數(shù)的約60 80。Z成為電源 系列和接地系列的端子。通過該電源系列布線、接地系列布線的集約， 相比與在第1布線構(gòu)造體12表面上形成的第2布線構(gòu)造體17的電連 接點(diǎn)按1對(duì)1的關(guān)系形成同數(shù)的外部端子18的場(chǎng)合，能大幅度減少外 部端子18的數(shù)。因此，能加大外部端子18的尺寸、間隔(節(jié)距)，能實(shí) 現(xiàn)實(shí)裝基板和半導(dǎo)體裝置的穩(wěn)定的實(shí)裝性和高的連接可靠性。
還有，若采用與未減少外部端子18的數(shù)的場(chǎng)合相同的外部端子 18的尺寸、間隔(節(jié)距)，則能得到可在形成外部端子18的面上搭載其他無源元件、有源元件、光元件等的表面積。還能有效地減少通路數(shù)、 加大通路直徑，結(jié)果，能減少斷裂危險(xiǎn)性高的通路數(shù)、提高接合面積。 因此，能進(jìn)一步提高連接可靠性。還有，通過搭載其他零部件，能實(shí) 現(xiàn)進(jìn)一步的多功能化、高性能化。
再有，通過外部端子18的數(shù)的減少和配置變更，能采用把搭載半 導(dǎo)體裝置的實(shí)裝基板的連接端子功能預(yù)先分割為電源系列、接地系列、 信號(hào)系列的通用基板，能大幅度削減成本。若按半導(dǎo)體元件而言外部
端子18的電源系列、接地系列、信號(hào)系列的位置不同，則需要與各自 對(duì)應(yīng)的實(shí)裝基板，F(xiàn)CBGA方式的少量多品種的封裝件會(huì)導(dǎo)致大幅度的 成本上升。由此，第2布線構(gòu)造體17的微小通路的連接可靠性高，能 有效地減少向第1布線構(gòu)造體12的應(yīng)力傳播，能實(shí)現(xiàn)實(shí)裝時(shí)的可靠性 高的半導(dǎo)體裝置。因此，能使用第2布線構(gòu)造體17來提供驅(qū)動(dòng)電流大、 在高頻下動(dòng)作的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
實(shí)施例2
用附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的半導(dǎo)體裝置。圖9是示 意地表示本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的部分?jǐn)嗝鎴D。
實(shí)施例2所涉及的半導(dǎo)體裝置，在對(duì)設(shè)置在鈍化膜13上的第1布 線構(gòu)造體12和第2布線構(gòu)造體17進(jìn)行電連接的第3通路19中，具有 比第2通路16大的錐形角，這一點(diǎn)與實(shí)施例l(參照?qǐng)Dl)所涉及的半導(dǎo) 體裝置不同。其他構(gòu)成與實(shí)施例l相同。另外，圖9的外部端子18的 構(gòu)造是與圖l同樣的構(gòu)成，也可以是與圖4、 5同樣的構(gòu)造。而且，也 同樣具有圖6(b)、 (c)所示的電源系列布線、接地系列布線的集約所涉 及的減少外部端子18的數(shù)的效果。
在把第3通路19的與第1布線構(gòu)造體12接合的面的斷面積設(shè)為 a，把鈍化膜13的與第2布線層15接合的面的延長線上存在的第3通 路19的斷面積設(shè)為b，把第2布線構(gòu)造體17的第2通路16的與半導(dǎo)
體基板11側(cè)存在的第2布線層15的分界線的斷面積設(shè)為c，把外部端 子18側(cè)的接合界面的斷面積設(shè)為d的場(chǎng)合，成為以下算式1表示的構(gòu) 造。
算式l (b/a)〉(d/c)
這意味著第3通路19具有比第2通路16大的錐形角。在實(shí)施例 2所涉及的半導(dǎo)體裝置中，是從半導(dǎo)體基板11側(cè)向外部端子18偵U，布 線的設(shè)計(jì)規(guī)則慢慢變大的構(gòu)成。這是為能在搭載于實(shí)裝基板上的情況 下把半導(dǎo)體裝置組裝到系統(tǒng)中而重要的一點(diǎn)。
在第3通路19上設(shè)置錐形角，在從第1布線構(gòu)造體12到第2布 線構(gòu)造體17之間就能加大布線設(shè)計(jì)。即，減小第1布線構(gòu)造體12側(cè) 的第3通路19的斷面積，就能減小第1布線構(gòu)造體12的上部布線的 接合面積，而且，減小接合面積就能提高布線密度。
還有，加大第2布線層15的分界線側(cè)的斷面積，則不進(jìn)行同一布 線層內(nèi)的變換就能調(diào)整到第2布線構(gòu)造體17的設(shè)計(jì)規(guī)則。另一方面， 對(duì)于第2通路16，需要提高第2布線構(gòu)造體17的布線密度，所以優(yōu)選 的是設(shè)為至少比第3通路19小的錐形角，優(yōu)選的是成為大致立方柱狀 或大致圓筒狀。
還有，第3通路19具有錐形角，就能把由第2布線構(gòu)造體17緩 解了的應(yīng)力更加有效地傳遞給鈍化膜13，所以能進(jìn)一步保護(hù)第1布線 構(gòu)造體12。
在第3通路19上形成錐形角的場(chǎng)合，作為鈍化膜13，使用感光 性的有機(jī)材料，采用光刻法和熱處理來形成，或者在非感光性樹脂的 有機(jī)材料上以別的材料作為掩膜進(jìn)行濕蝕刻、熱處理，或者采用干蝕
刻法、濕蝕刻法進(jìn)行各向異性蝕刻，預(yù)先形成成為第3通路19的導(dǎo)電 性的柱、凸起等能形成錐形角的方法來完成。
根據(jù)實(shí)施例2，具有與實(shí)施例1同樣的效果，并且除了第2布線 構(gòu)造體17的應(yīng)力緩解效果以外，還能追加鈍化膜13的應(yīng)力緩解效果， 對(duì)第1布線構(gòu)造體12的保護(hù)能力進(jìn)一步提高，能成為可靠性高的半導(dǎo) 體裝置。
實(shí)施例3
用附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例3所涉及的半導(dǎo)體裝置。圖10是示 意地表示本發(fā)明的實(shí)施例3所涉及的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的部分?jǐn)嗝鎴D。
實(shí)施例3所涉及的半導(dǎo)體裝置，與實(shí)施例l(參照?qǐng)Dl)及實(shí)施例2(參 照?qǐng)D9)所涉及的半導(dǎo)體裝置相比，在鈍化膜13上對(duì)第1布線構(gòu)造體12 和第2布線構(gòu)造體17進(jìn)行電連接的第3通路19是與第2布線層15分 開設(shè)置的，在與第2布線層15之間具有貼緊層37，這一點(diǎn)不同。其他 構(gòu)成與實(shí)施例1相同。另外，圖10的外部端子18的構(gòu)造是與圖1同 樣的構(gòu)成，也可以是與圖4、 5同樣的構(gòu)造。而且，也同樣具有圖6(b)、 (c)所示的電源系列布線、接地系列布線的集約所涉及的減少外部端子 18的數(shù)的效果。再有，如圖9所示，在鈍化膜13的第3通路19上具 有比第2通路16大的錐形角。
第3通路19設(shè)置在鈍化膜13內(nèi)，所以在形成第2布線層15時(shí)， 與實(shí)施例l及實(shí)施例2所涉及的半導(dǎo)體裝置相比，能減小鈍化膜13表 面上的臺(tái)階，第2布線層15的微細(xì)化和高密度化比實(shí)施例1及實(shí)施例 2所涉及的半導(dǎo)體裝置容易。
第3通路19由從鎢、鎳、銅、金、鋁及銀所組成的群中選擇的至 少一種金屬來構(gòu)成，設(shè)置在鈍化膜13內(nèi)。第3通路19可以是在設(shè)置 鈍化膜13的開口之后用希望的金屬進(jìn)行填充來形成，也可以是在第1
布線構(gòu)造體12上設(shè)置第3通路19之后，形成鈍化膜13，然后進(jìn)行表 面研磨。
其次，用附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例3所涉及的半導(dǎo)體裝置的制 造方法。圖ll、圖12是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施例3所涉及的半導(dǎo)體 裝置的制造方法的工序斷面圖。另外，在各工序中可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行清 洗、熱處理。
首先，在半導(dǎo)體基板11上形成第1布線構(gòu)造體12(步驟Bl;參照 圖ll(a))。半導(dǎo)體基板11例如由Si或GaAs形成，如圖2所示，形成 多個(gè)在由源極電極22和漏極電極23夾著的溝道區(qū)域上隔著柵極絕緣 膜(未圖示)而形成柵極電極21的MOS(Metal Oxide Semiconductor:金 屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管24。第1布線構(gòu)造體12是例如在第1布線層 的布線28、第l通路30上主要使用銅、鋁，例如采用大馬士革法來形 成。大馬士革法是通過干蝕刻而在絕緣膜上按希望的布線圖形、通路 圖形的形狀形成槽(trench)，釆用濺射法、CVD(Chemical Vaper Deposition)法、ALD(Atomic Layer Deposition)法等設(shè)置阻擋金屬之后， 采用濺射法等形成電解電鍍用的供電層，通過電解銅電鍍而用銅埋住 槽(trench)之后采用CMP(Chemical Mechanical Polishing)法只在槽 (trench)內(nèi)留下銅而獲得希望的布線的方法。還有，多個(gè)第1絕緣層27 中的設(shè)在半導(dǎo)體基板11附近的至少1個(gè)第1絕緣層27的絕緣膜29優(yōu) 選的是使用low—k材。作為low — k材，例如使用多孔質(zhì)氧化硅膜。 第1絕緣層27釆用CVD法、旋涂法來形成。第3通路19由從鴇、鎳、 銅、金、鋁及銀所組成的群中選擇的至少一種金屬來形成。形成方法 是在整面上采用CVD法、濺射法、電解電鍍法、無電解電鍍法等形成 希望的金屬膜之后，采用干蝕刻法、濕蝕刻法形成第3通路19，也可 以采用電鍍抗蝕劑使金屬析出到希望的位置。
其次，形成鈍化膜13(步驟B2;參照?qǐng)Dll(b))。如果鈍化膜13是 無機(jī)材料，則采用CVD法、旋涂法形成鈍化膜13。如果鈍化膜13是
有機(jī)材料，則可以采用感光性或者非感光性的，釆用旋涂法、層壓法、
沖壓法及印刷法形成鈍化膜13。
其次，采用干蝕刻法、CMP法、研磨法、拋光等除去鈍化膜13， 露出第3通路19的上部(步驟B3;參照?qǐng)Dll(c))。
另外，圖11(a) (c)示出了先于鈍化膜13而形成第3通路19的方 法，不過，也可以按圖7(b)所示的方式形成鈍化膜13之后，在開口部 填充希望的金屬，然后采用蝕刻法、CMP法等除去多余的金屬。還有， 在圖11、圖12中，把鈍化膜13的開口部按圖1的方式設(shè)為垂直的壁， 不過，也可以按圖9(實(shí)施例2)的方式帶有錐形角。通過設(shè)置錐形角， 能減小與第1布線構(gòu)造體12的接合面積，所以能提高第1布線構(gòu)造體 12表面的布線密度，并且能加大與第2布線層15的接合面積，所以能 提高接合可靠性。并且，具有錐形角能使布線形成變得容易。
其次，采用濺射法、無電解電鍍法、CVD法、空氣溶膠法等形成 供電層32(步驟B4;參照?qǐng)Dll(d))。特別是，濺射法對(duì)于鈍化膜13、 第2絕緣層14等的材料容易確保貼緊力，因而是優(yōu)選的，由貼緊金屬 和電解電鍍用的低電阻金屬的積層體形成供電層32。作為貼緊金屬， 例如可以是鈦、鎢、鎳、鉭、釩、鉻、鉬、銅、鋁或它們的合金等， 其中優(yōu)選的是鈦、鎢、鉭、鉻、鉬或它們的合金，而且更優(yōu)選的是鈦、 鴇或它們的合金。再有，鈍化膜13、第2絕緣層14的表面可以是具有 細(xì)小凹凸的粗化面，在該場(chǎng)合，用銅、鋁也容易得到良好的貼緊力。 再有，作為進(jìn)一步使貼緊力提高的手段，優(yōu)選的是采用濺射法來形成， 作為濺射成膜預(yù)處理，更優(yōu)選的是實(shí)施氬所涉及的逆濺射。
其次，在供電層32上形成電鍍抗蝕劑33，在電鍍抗蝕劑33的開 口部通過向供電層32供給電而使電解電鍍34析出(步驟B5;參照?qǐng)D ll(e))。電鍍抗蝕劑33采用感光性的有機(jī)材料，通過旋涂法、層壓法、 沖壓法及印刷法使電鍍抗蝕劑33成膜后，采用光刻法等形成電鍍抗蝕
劑33的開口部。
其次，按設(shè)置第2通路16的位置成為開口部的方式形成電鍍抗蝕 劑33，通過向供電層32供給電而使電解電鍍35析出(步驟B6;參照 圖12(a))。電鍍抗蝕劑33可以在圖ll(e)中形成的電鍍抗蝕劑33上積 層而形成，也可以重新形成。還有，電鍍抗蝕劑33采用感光性的有機(jī) 材料，通過旋涂法、層壓法、沖壓法及印刷法使電鍍抗蝕劑33成膜后， 采用光刻法等形成電鍍抗蝕劑33的開口部。在電鍍法中，通過預(yù)處理 而除去基礎(chǔ)金屬表面的氧化物，并且在初期的電鍍金屬析出時(shí)，進(jìn)行 模仿基礎(chǔ)金屬的粒界的外延生長，所以盡管工序是分開的，最終構(gòu)成 的第2布線層15和第2通路16也會(huì)成為一體物。因此，能避免粒界 平面地切斷的狀態(tài)。
其次，除去電鍍抗蝕劑33，采用濕蝕刻法、干蝕刻法除去供電層 32，形成與成為第2通路的金屬柱36形成一體的第2布線層15(步驟 B7;參照?qǐng)D12(b))。
其次，按覆蓋第2布線層15和金屬柱36的方式采用旋涂法、層 壓法、沖壓法及印刷法形成第2絕緣層14(步驟B8;參照?qǐng)D12(c))。第 2絕緣層14由環(huán)氧樹脂、環(huán)氧丙烯酸酯樹脂、丙烯酸氨酯樹脂、聚酯 樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂、BCB(Benzocyclobutene)、 PBO(Polybenzoxazole)及降冰片烯樹脂等形成。特別是聚酰亞胺樹脂及 PBO,膜強(qiáng)度、拉伸彈性率及斷裂延伸率等機(jī)械特性出色，因而能獲得 高的可靠性。
其次，采用干蝕刻法、CMP法、研磨法、拋光等除去第2絕緣層 14的表面，使通過電鍍而形成的金屬柱36的上部露出而形成第2通路 16(步驟B9;參照?qǐng)D12(d))。采用本方法，與一般采用的通路孔處的形 成相比，由于第2通路16的接合面露出，因而容易確認(rèn)第2通路16 的穩(wěn)定形成，接合界面的清洗也能確實(shí)地進(jìn)行。作為研磨法，在表面
平坦性、加工速度方面優(yōu)選的是CMP。
其次，反復(fù)進(jìn)行圖ll(d)到圖12(d)的工序，從而形成具有希望的 層數(shù)的第2布線構(gòu)造體17,此后，通過與圖ll(d)到圖12(d)同樣的工 序?qū)╇妼?2、電鍍抗蝕劑33，采用電解電鍍、無電解電鍍、蝕刻法 形成外部端子18(步驟B10;參照?qǐng)D12(e))。
根據(jù)圖11、圖12所示的半導(dǎo)體裝置的制造方法，能效率很好地形 成圖10的半導(dǎo)體裝置。由于形成第3通路19，鈍化膜13上的第2布 線層15就能比實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法更微細(xì)且高密 度地形成。還有，也可以在晶片上形成多個(gè)半導(dǎo)體裝置，通過劃片而 單片化。
根據(jù)實(shí)施例3，具有與實(shí)施例1及實(shí)施例2同樣的效果，并且能 實(shí)現(xiàn)設(shè)置在鈍化膜13上的第2布線層15的微細(xì)化和高密度化。
另外，在實(shí)施例1 3中，也可以在由第1布線構(gòu)造體12表面、 鈍化膜13、第2絕緣層14、第2布線層15、外部端子18及外涂膜20 構(gòu)成的積層電路的希望的位置，設(shè)置起到電路的噪聲過濾器的作用的 電容器。作為構(gòu)成電容器的電介質(zhì)材料，優(yōu)選的是氧化鈦、氧化鉭、 A1203、 Si02、 Zr02、 Hf02或Nb205等金屬氧化物、BST(BaxSr卜xTi03)、 PZT(PbZrxTi！ — x03)或PLZT(P仏—yLayZ^T^ — x03)等鈣鈦礦系材料或 SrBi2Ta209等Bi系層狀化合物。此處，0《x《l， 0<y<l。還有，作為 構(gòu)成電容器的電介質(zhì)材料，也可以使用無機(jī)材料、混合了磁材料的有 機(jī)材料等。
再有，也可以在第2布線構(gòu)造體17的第2絕緣層14的一層或多 個(gè)層中，設(shè)置由介電常數(shù)為9以上的材料構(gòu)成，在其上下的布線層的 希望的位置形成相對(duì)電極，從而起到電路的噪聲過濾器的作用的電容 器。作為構(gòu)成電容器的電介質(zhì)材料，優(yōu)選的是A1203、 Si02、 Zr02、 Hf02
或Nb20s等金屬氧化物、BST(BaxSri —xTi03)、 PZT(PbZfxTi！— x03)或 PLZT(Pb卜yLayZrxTi卜x03)等鈣鈦礦系材料或SrBi2Ta209等Bi系層狀化 合物。此處，0《x《l， 0<y<l。還有，作為構(gòu)成電容器的電介質(zhì)材料， 也可以使用無機(jī)材料、混合了磁材料的有機(jī)材料等。
權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體裝置，具備半導(dǎo)體基板；配置在上述半導(dǎo)體基板上，并且具有至少1以上的第1布線層、至少1以上的第1絕緣層及第1通路的第1布線構(gòu)造體；配置在上述第1布線構(gòu)造體上，并且具有至少1以上的第2布線層、至少1以上的第2絕緣層、第2通路及第3通路的第2布線構(gòu)造體；以及設(shè)置在上述第2布線構(gòu)造體上的外部端子，其特征在于，與上述第2布線構(gòu)造體的上述第2布線層和上述外部端子接合的上述第2通路在上述外部端子側(cè)的端部配置了接合界面，上述端部是上述第2通路的端部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，設(shè)置在上述 第2布線構(gòu)造體上的所有上述第2通路在上述外部端子側(cè)的端部配置 了接合界面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在上述 第2通路中，上述半導(dǎo)體基板側(cè)的端部與上述第2布線層成為一體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述第2通 路是在上述半導(dǎo)體基板側(cè)的上述第2布線層上采用電鍍法形成的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述第2布 線層在上述半導(dǎo)體基板側(cè)的面上具有貼緊層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述第2布 線層比上述第1布線層厚。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述第2絕 緣層比上述第1絕緣層厚。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述第2絕 緣層的彈性率比上述第1布線層的彈性率低。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述第2絕 緣層的25'C的彈性率為lGPa以上且8GPa以下。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5至9中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征 在于，上述第2通路及上述第3通路在接合界面上具有上述貼緊層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 4至9中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置， 其特征在于，在把上述第3通路的上述半導(dǎo)體基板側(cè)的斷面積設(shè)為a, 把上述第3通路的上述第2布線側(cè)的斷面積設(shè)為b，把上述第2布線構(gòu) 造體上設(shè)置的上述第2通路的上述半導(dǎo)體基板側(cè)的斷面積設(shè)為c，并且 把上述第2布線構(gòu)造體上設(shè)置的上述第2通路的上述外部端子側(cè)的斷 面積設(shè)為d的場(chǎng)合，具有(b/aXd/c)的關(guān)系。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 4至9中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置， 其特征在于，上述第1布線層及第2布線層由從銅、鋁、鎳、金及銀 所組成的群中選擇的至少1種金屬或合金形成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3至9中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置， 其特征在于，上述外部端子的表面由從銅、鋁、金、銀及焊錫材料所 組成的群中選擇的至少1種金屬或合金形成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 4至9中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置， 其特征在于，上述貼緊層由從鈦、鎢、鎳、鉭、釩、鉻、鉬、銅、鋁 所組成的群中選擇的至少1種金屬或合金形成。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 4至9中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置， 其特征在于，上述第2絕緣層由有機(jī)樹脂形成。
16. 根椐權(quán)利要求1、 2、 4至9中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置， 其特征在于，在上述第1布線構(gòu)造體和上述第2絕緣層之間存在設(shè)有 上述第3通路的鈍化膜。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述鈍化 膜由有機(jī)樹脂形成。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 4至9中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置， 其特征在于，在上述第2布線構(gòu)造體中，通過歸結(jié)多個(gè)電源系列布線 來減少外部端子數(shù)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 4至9中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置， 其特征在于，在上述第2布線構(gòu)造體中，通過歸結(jié)多個(gè)接地系列布線 來減少外部端子數(shù)。
20. —種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在其上形成了半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體基板上形成具有第1絕緣層、 第1布線層、第1通路的第1布線構(gòu)造體的工序；在上述第1布線構(gòu)造體上形成具有第2絕緣層、第2布線層、第 2通路及第3通路的第2布線構(gòu)造體的工序；以及在上述第2布線構(gòu)造體上形成外部端子的工序，其特征在于，形成上述第2布線構(gòu)造體的工序包括形成上述第2布線層的工序；在上述第2布線層上形成成為上述第2通路的金屬柱的工序； 以上述第2絕緣層覆蓋上述第2布線層和上述金屬柱的工序；以及 通過研磨上述第2絕緣層的表面而使上述金屬柱露出的工序。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 在形成上述金屬柱的工序中，采用電鍍法在上述第2布線層上形成上 述金屬柱。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特 征在于，在形成上述第1布線構(gòu)造體的工序和形成上述第2布線構(gòu)造 體的工序之間，包含形成鈍化膜的工序。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20或21中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造 方法，其特征在于，在形成上述第2布線層的工序和形成上述金屬柱 的工序中，用同一供電層通過電解電鍍法來形成。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20或21中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造 方法，其特征在于，在使上述金屬柱露出的工序中，采用CMP來研磨 上述第2絕緣層的表面。
全文摘要
一種確保微小通路下的連接可靠性的可靠性高的半導(dǎo)體裝置及其制造方法，半導(dǎo)體裝置具備半導(dǎo)體基板(11)；配置在半導(dǎo)體基板(11)上，并且具有至少1個(gè)以上的第1布線層、至少1個(gè)以上的第1絕緣層及第1通路的第1布線構(gòu)造體(12)；配置在第1布線構(gòu)造體(12)上，并且具有至少1個(gè)以上的第2布線層(15)、至少1個(gè)以上的第2絕緣層(14)、第2通路(16)及第3通路(19)的第2布線構(gòu)造體(17)；以及設(shè)置在第2布線構(gòu)造體(17)上的外部端子(18)，其中，與第2布線構(gòu)造體(17)的第2布線層(15)和外部端子(圖1的18)接合的第2通路(16)在外部端子(18)側(cè)的端部配置了接合界面(16a)。
文檔編號(hào)H01L21/60GK101388373SQ20081016080
公開日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月13日
發(fā)明者副島康志, 山道新太郎, 川野連也, 菊池克 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社;恩益禧電子股份有限公司