半导体装置以及半导体装置的制造方法与流程

本发明涉及半导体装置以及半导体装置的制造方法，特别是涉及抑制由布线中产生的热应力引起的不良情况的半导体装置以及半导体装置的制造方法。

背景技术：

以往，作为将在布线产生的应力(压力)作为问题的文献，例如已知有专利文献1。在专利文献1中，在芯片尺寸封装(以下，称为“csp”。csp：chipsizepackage)时，在安装csp时的温度循环测试等环境下，cu布线与金属柱相互作用，对位于其正下方的lsi的晶体管给予较大的压力，而存在使晶体管特性劣化的担心。而且，专利文献1的芯片尺寸封装的特征是在芯片尺寸封装时，在布线层设置有多个狭缝，其中，上述芯片尺寸封装具备：布线层，与金属电极焊盘连接，且由在芯片表面延伸的cu构成；绝缘层，覆盖包含该布线层的芯片表面；开口部，形成在布线层上的绝缘层；以及柱状端子，形成于该开口部。

专利文献1：日本特开2000－183214号公报

图5示出在现有技术的csp时通常使用的上述柱状端子、及其周边的结构。如图5所示，在现有技术的csp时，具备形成在半导体基板(省略图示)上的电路元件区域11，并具备：形成在电路元件区域11上的焊盘15、钝化膜19、形成在钝化膜19上的绝缘膜12、形成在绝缘膜12上的作为再布线的布线13、以及形成在布线13上的模塑树脂14。布线13例如使用铜(cu)等导电体而形成。在钝化膜19的焊盘15的位置设置有开口，焊盘15从该开口露出。

布线13形成为一端与焊盘15连接，并沿预先决定的方向延伸。在布线13的另一端形成有相当于上述柱状端子的柱状体20，柱状体20构成为包含：端子17、以及焊料凸块21。柱状体20向外部开放，通过焊料凸块21安装于例如印刷板上。换句话说，布线13对通过省略图示的布线与电路元件区域11连接的焊盘15、和柱状体20进行中继，通过该中继使电路元件区域11与外部连接。

然而，并不限定于csp，作为半导体装置一般的可靠性试验之一，有温度循环试验。所谓的温度循环试验是指将安装有csp等的印刷板放入恒温槽，例如使其暴露在－40℃～+85℃的范围的环境温度下，之后进行特性试验，确认有无不良的试验。以往，若对搭载有csp的印刷板实施温度循环试验，则有产生电气特性不良的情况。这是因为在形成于电路元件区域11上的钝化膜19、绝缘膜12、布线13、模塑树脂14等的层叠体中，产生由热膨胀系数之差引起的热应力，该热应力施加到电路元件区域11，而使形成于电路元件区域11的电路元件的特性变动。

特别是在图5所示的区域x即从焊盘15到端子17的区域容易产生上述那样的热应力。因此，在现有技术中，例如，通过在作为再布线的布线13的下部未设置电路元件区域11等方法来抑制特性不良的产生。然而，这样的布线规则也不足以作为对策，根据该对策也有产生特性变动的情况。进一步，这样的布线规则在csp的设计中会成为布局上的较大的约束，特别是在最近的集成度上升的csp中，需要上述热应力问题的根本解决方案。

技术实现要素：

本发明基于上述的情况，其目的在于提供一种在具有形成在电路元件上的布线层的半导体装置中，抑制由热应力的产生引起的不良情况的半导体装置、以及半导体装置的制造方法。

为了解决上述课题，本发明的半导体装置包含：布线，由隔着绝缘膜在半导体基板的表面延伸的导电体形成；以及绝缘层，覆盖包含上述布线在内的上述半导体基板的表面，在半导体装置设置有从上述布线的上表面到上述绝缘膜的下部的空隙。

为了解决上述课题，本发明的半导体装置的制造方法包含：在半导体基板的一面形成电路元件的工序，其中，上述电路元件是包含第一布线的电路元件，该电路元件通过上述第一布线连接上述电路元件与焊盘；在上述电路元件的上部形成绝缘膜的工序，在该工序中形成在上述焊盘的区域以及预先决定的区域具有开口的绝缘膜的工序；以及在上述绝缘膜的上部形成与上述焊盘连接的第二布线的工序，在该工序中形成在与上述预先决定的区域相同的区域具有开口的第二布线。

根据本发明，起到能够提供在具有形成在电路元件上的布线层的半导体装置中，抑制由热应力的产生引起的不良情况的半导体装置、以及半导体装置的制造方法这样的效果。

附图说明

图1是表示实施方式的半导体装置的结构的一个例子的背面俯视图。

图2示出实施方式的半导体装置的连接结构，图2的(a)是俯视图，图2的(b)是剖视图。

图3示出比较例的半导体装置的连接结构，图3的(a)是俯视图，图3的(b)是剖视图。

图4是比较例的半导体装置的俯视图。

图5是表示现有技术的半导体装置的柱状体、以及该柱状体的周边的结构的剖视图。

附图标记说明

10、100…半导体装置，11、11a…电路元件区域，12…绝缘膜，13…布线，14…模塑树脂，15…焊盘，17…端子，18、18－1、18－2、18－3、18－4…空隙，19…钝化膜，20…柱状体，21…焊料凸块，22…布线，l1、l2…边，s0、s1、s2、s3…应力施加区域，x…区域。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，在以下的说明中，例示将本发明的半导体装置应用于csp的方式进行说明。另外，由于再布线的结构与图5所示的现有技术相同，所以在需要的情况下参照图5，省略详细的说明。

图1示出作为csp的半导体装置10的背面的俯视图。如图1所示，半导体装置10的构成为包含：电路元件区域11、焊盘15、端子17、以及连接焊盘15与端子17的布线13。但是，在图1中省略了后述的空隙18的图示。

电路元件区域11是配置有用于实现作为半导体装置10的目的的功能的晶体管、二极管等有源器件、电阻、电容器等无源器件的区域。

焊盘15是由导电体形成的与外部的连接区域，通过由导电体形成的省略图示的布线与电路元件区域11连接。布线13是由导电体形成的所谓的再布线，与焊盘15和省略图示的与外部连接用的端子17连接。在图1所示的例子中，标注有附图标记“a”的电路元件区域11a，通过省略图示的布线引出至焊盘15，并经由布线13延伸至标注有附图标记“a”的端子17，电路元件区域11a经由端子17与外部连接。此时，能够使布线13配置在电路元件区域11的上部这一点是本实施方式的半导体装置10的一个特征，对于其详细内容后述。

作为一个例子，也有本实施方式的端子17为剖面为大致圆形的柱状体，且在端子17的上表面设置有作为将半导体装置10安装于印刷板等的情况下的焊接部件的焊料凸块(图示省略)的情况。换句话说，作为本实施方式的半导体装置10，有在端子17的上表面形成焊料凸块的方式和不形成焊料凸块的方式这两种方式。

在这里，结束了工艺处理的晶圆的半导体电路表面的焊盘(相当于焊盘15)通过钝化层(相当于图5所示的钝化膜19)的开口部开放。在通常的封装中，通过粘合等将对晶圆切割而得到的裸芯片与印刷板等的安装面连接。另一方面，在csp中在切割前在芯片上构建连接结构。在本实施方式中，所谓的“连接结构”是指通过再布线从焊盘连接到端子的结构。在该连接结构中，在半导体电路表面的焊盘形成导电体的再布线层(相当于布线13)，剩余再布线层上的连接部(相当于端子17)并利用密封树脂密封表面。根据需要，在连接部形成半球状的焊料凸块等。

在这里，如上述那样，在csp的情况下，存在特别是在构成包含柱状形状的端子的连接结构的层叠结构中产生热应力，该热应力给电路元件区域11内的电路元件带来损伤，而使电路元件区域11的特性变化的情况。因此，在本实施方式中，在半导体装置10的形成有电路元件区域11的电路面上的再布线设置到达电路面的空隙(空气间隙)。该空隙贯通形成于再布线的下部的绝缘膜。由此，由于在构成连接结构的层叠结构中产生的应力被分散，所以根据本实施方式的半导体装置10，能够提供在具有形成在电路元件上的布线层的半导体装置中，抑制由热应力的产生引起的不良情况的半导体装置、以及半导体装置的制造方法。

参照图2，对本实施方式的半导体装置10中的连接结构进行说明。图2的(a)示出半导体装置10的连接结构的俯视图，通过布线13连接焊盘15和端子17。但是，在图2的(a)中省略模塑树脂14的图示。如图2的(a)所示，在半导体装置10中，在形成有布线13的区域的一部分设置有空隙18－1、18－2、18－3、以及18－4(以下，在进行统称的情况下，称为“空隙18”)。图2的(b)示出空隙18的剖面，如图2的(b)所示，空隙18贯通布线13以及绝缘膜12从布线13的上表面设置到绝缘膜12的下部。在本实施方式的空隙18的内部填充有空气。换句话说，优选在空隙18的内部不填充固体的物质。另一方面，只要是气体即可，所以例如也可以封入氮气等。

图2的(b)所示的附图标记“s1”、“s2”、以及“s3”表示在构成连接结构的层叠结构中存在被施加产生的热应力的可能性的应力施加区域。如图2的(b)所示，由于空隙18的存在，能够分散在接近构成现有技术的连接结构的层叠结构整体的区域均匀地产生的应力施加区域，所以根据本实施方式的半导体装置10，能够缓和应力给电路元件区域11带来的影响。

图3示出比较例的连接结构。图3的(a)是该连接结构的俯视图，图3的(b)是剖视图。图3的(a)从图2的(a)所示的本实施方式的连接结构中除去空隙18。如图3的(b)所示，由于比较例的连接结构不具备空隙18，所以应力施加区域s0成为布线13的下部整体。因此，与本实施方式的连接结构相比，热应力给电路元件区域11带来的影响较大。

在这里，作为本实施方式的半导体装置10的特征之一，如图1所示，能够举出能够使布线13配置在电路元件区域11的上部这一点。虽然在图1中省略，但在图1所示的布线13的区域的一部分形成有空隙。因此，由于构成连接结构的层叠结构中的热应力被缓和，所以能够使布线13配置在电路元件区域11的上部(横跨电路元件区域11)。在半导体装置10中能够像这样形成布线13，所以与比较例的半导体装置相比较，布线的布局的自由度增加。

在这里，焊盘15通常配置在半导体装置10的周边的未形成电路元件的区域。例如在图1所示的例子的情况下，与电路元件区域11a连接的焊盘15配置在沿着半导体装置10的边的区域。此时，根据csp的引脚配置的情况，存在想要使端子17配置在沿着边l2的区域的情况。在这样的状况下，在半导体装置10中，如图1所示，也能够将布线13与配置在沿着边l1的位置的焊盘15连接，并使布线13横跨电路元件区域11延伸，与配置在沿着边l2的位置的端子17连接。这样，根据本实施方式的半导体装置10，与比较例的半导体装置相比较，布线的自由度显著提高。

图4示出比较例的半导体装置100的背面的俯视图。在图4所示的俯视图中，电路元件区域11、以及焊盘15配置在与图1所示的半导体装置10相同的位置。焊盘15通过布线22与电路元件区域11a连接。在这里，由于半导体装置100不具备空隙18，所以不能够横跨电路元件区域11来配置布线13。因此，端子17不得不配置在沿着边l1的区域，无法使其配置在沿着边l2的区域(图4中以虚线圆示出的部分)。在该情况下，例如不得不与安装半导体装置100的印刷板的图案等对应，而在半导体装置100的引脚配置上成为较大的约束。

此外，在图2的(a)中，例示在布线13的区域设置四个空隙18的方式进行了说明，但对于空隙18的数量并没有特别限制。但是，越增加空隙18的数量，布线13的电阻越增加，所以也可以考虑给半导体装置10的电气特性带来的影响(对通过端子17的信号的振幅等的影响)来设定空隙18的个数。换句话说，更优选在不给电气特性带来影响的范围内，尽可能多地配置正方形形状的空隙18。此时，也可以将空隙18配置成阵列状、或者锯齿状。

另一方面，对于空隙18的大小来说，在俯视时的形状为正方形形状的情况下，优选一边的长度为10μm以下，在俯视时的形状为圆形形状的情况下，优选使直径为10μm以下。通过使空隙18的大小为该程度的大小，在半导体装置10的制造工序中，能够抑制模塑树脂14被填充到空隙18的内部，所以优选。另一方面，对于空隙18的大小的下限，可以考虑热应力的高效的分散、制造工序上的约束等来设定，例如能够将上述一边的长度或者直径设为5μm以上。

对于在半导体装置10中形成的具有空隙18的布线13的宽度进行说明。虽然根据半导体装置10的用途也会不同，但特别是在热应力成为问题的情况下(例如，电源系统的半导体装置的情况下)，布线13的宽度例如为与端子17的基座同等程度的宽度。作为一个例子，在端子17的直径为200μm左右的情况下，基座的直径为220μm左右，所以作为除去空隙18后的布线宽度设定为能够确保大约220μm。另一方面，对于布线宽度的最小值，例如在布线13与焊盘15的连接部最小，所以作为一个例子，作为除去空隙18后的布线宽度大约需要为40μm左右的宽度。另外，对于空隙18与空隙18的间隔(即，空隙18的密度)，虽然根据半导体装置10的用途而不同，但例如使用模拟等设定为能够对通过端子17的驱动电压确保最佳的布线面积。

接下来，对本实施方式的半导体装置10的制造方法进行说明。此外，在以下的说明中，假设在半导体基板(图示省略)的电路面，完成到焊盘15、钝化膜19的形成，即完成了针对晶圆的工艺处理，处于再布线工序前的阶段。

首先，形成绝缘膜12(下层绝缘膜)。即将成为绝缘膜的例如热固化性的材料形成于电路面，并通过光刻进行图案化。之后执行热固化。在本工序的图案化工序中，也进行在钝化膜19、绝缘膜12形成空隙的图案化。

接下来，在绝缘膜12的上部形成再布线亦即布线13。即，在电路面形成成为种子层的导体(省略图示)，并通过光刻进行图案化。之后，在电路面涂覆抗蚀剂形成掩膜，进行基于cu电镀形成布线13。之后，除去所使用的抗蚀剂。在本工序的图案化工序中，也进行在布线13形成空隙的图案化。

接下来，形成端子17。即，通过光刻实施cu电镀，在布线13上形成端子17。之后，除去掩膜所使用的抗蚀剂。

接下来，形成模塑树脂14。即，在电路面形成成为模塑树脂14的例如热固化性的树脂，之后执行热固化。

接下来，形成焊料凸块21。即，在电路面印刷焊料并进行回流。此外，在不使用焊料凸块21而直接开放端子17的方式的半导体装置10中，省略本工序。

在这里，现有技术的半导体装置的制造方法与本实施方式的半导体装置10的制造方法的不同在于，在本实施方式的半导体装置10的制造方法中，在形成下层绝缘膜(绝缘膜12)、再布线(布线13)的工序中，同时形成空隙18这一点。由此，能够不增加现有技术的半导体装置的制造方法的工序数量，而形成空隙18。

此外，虽然在上述实施方式中，将空隙18的俯视时的形状例示为正方形形状、圆形形状的方式进行了说明，但考虑热应力分散的效率等，可以采用长方形形状、椭圆形形状等适当的形状。