半導体装置及びその製造方法
【課題】再配線構造を有する半導体装置において、外部接続電極の接合性の低下、層間剥離、クラックの発生等を抑制して信頼性を向上する。
【解決手段】半導体装置５０は、配線層絶縁膜３内に形成された信号配線１と、配線層絶縁膜３上に形成された絶縁膜６及び７と、絶縁膜６及び７内で且つ信号配線１上に形成された配線電極４と、絶縁膜６及び７内で且つ配線電極４上に形成された第１の金属層１０ａと、絶縁膜６及び７上に形成され、第１の金属層１０ａの上面に接続された金属配線１０ｃと、金属配線１０ｃ上に形成された外部接続電極１３ａとを備える。更に、絶縁膜６及び７内で且つ外部接続電極１３ａの下方に形成され、金属配線１０ｃの下面に接続された第２の金属層１０ｂを備える。
【解決手段】半導体装置５０は、配線層絶縁膜３内に形成された信号配線１と、配線層絶縁膜３上に形成された絶縁膜６及び７と、絶縁膜６及び７内で且つ信号配線１上に形成された配線電極４と、絶縁膜６及び７内で且つ配線電極４上に形成された第１の金属層１０ａと、絶縁膜６及び７上に形成され、第１の金属層１０ａの上面に接続された金属配線１０ｃと、金属配線１０ｃ上に形成された外部接続電極１３ａとを備える。更に、絶縁膜６及び７内で且つ外部接続電極１３ａの下方に形成され、金属配線１０ｃの下面に接続された第２の金属層１０ｂを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電子機器及び電子機器を用いたセットに利用する半導体装置に関し、特に、デジタル家電、電動自転車、電気自動車等に用いられる高性能で且つ高信頼性の半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景技術の半導体装置１００について、要部の模式的な断面を図１１に示す。半導体装置１００において、配線層絶縁膜１０３内に配線１０１が設けられ、当該配線層絶縁膜１０３上には配線電極１０４が設けられている。配線電極１０４の上面に再配線層１１０が接続され、当該再配線層１１０上で且つ配線電極１０４の上方を避ける位置に、パッド部１１２を介して外部接続電極１１３ａが形成されている。尚、配線層絶縁膜１０３上には第１の絶縁膜１０６及び第２の絶縁膜１０７が積層されている。再配線層１１０は、第１の絶縁膜１０６及び第２の絶縁膜１０７内に形成されて配線電極１０４に達する配線電極接続部１１０ａと、その上面に接続され、外部接続電極１１３ａとの電気的接続を得る再配線１１０ｂとを有する。また、再配線１１０ｂの下面及び配線電極接続部１１０ａの側面及び下面は、シード層１０８によって覆われている。
【０００３】
このように、半導体装置１００は、デバイス特性を向上させる目的をもって、外部接続電極１１３ａの下方とは異なる位置に配線層絶縁膜１０３上の配線電極１０４を配置する構造、いわゆる再配線構造を用いている（例えば、特許文献１、特許文献２等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１４７０５１号公報
【特許文献２】特開昭６１−２９４８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記のような再配線構造を用いた場合、半導体装置の信頼性、特に、外部接続電極１１３ａと再配線層１１０との接合信頼性が低下する問題がある。具体的には、例えば、ワイヤボンディングを利用してパッド部１１２上に外部接続電極１１３ａが接合される場合に、ワイヤボンディングの接合性が低下する。また、ワイヤボンディングに代えてバンプ接合を利用する場合に、層間剥離（シード層１０８と第２の絶縁膜１０７との界面における剥離、及び、第２の絶縁膜１０７と第１の絶縁膜１０６との界面における剥離が考え得る）、クラック等が発生することがある。
【０００６】
以上に鑑みて、本開示の技術の目的は、外部接続電極と再配線層との接合性低下を抑制し、また、層間剥離及びクラックを抑制することにより、信頼性の高い半導体装置及びその製造方法を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本願発明者等は種々の検討を行ない、次の点に着目した。
【０００８】
配線電極上から再配線を行ない、当該再配線上の所定箇所に外部接続電極を設ける再配線構造の場合、再配線層における外部接続電極が形成される箇所の直下には、絶縁膜が配置されている。この結果、接合時の応力、荷重及び熱等によって、接合が不安定になる。例えばワイヤボンディングを行なう際、絶縁膜が緩衝材となってボンディング荷重が吸収されるので、ワイヤボンディングの接合性が低下してしまう。また、バンプ接合を行なう際、再配線層における接合箇所の直下には絶縁膜が位置しているので、熱による膨張の差によって、層間剥離、クラック等が発生する。
【０００９】
このことに基づき、本願発明者等は、再配線層のうち外部接続電極が接続される箇所の下方において、部分的に絶縁膜に代えて金属層を配置することを着想した。
【００１０】
具体的に、本開示の半導体装置は、配線層絶縁膜内に形成された信号配線と、配線層絶縁膜上に形成された絶縁膜と、絶縁膜内で且つ信号配線上に形成された配線電極と、絶縁膜内で且つ配線電極上に形成された第１の金属層と、絶縁膜上に形成され、第１の金属層の上面に接続された金属配線と、金属配線上に形成された外部接続電極と、絶縁膜内で且つ外部接続電極の下方に形成され、金属配線の下面に接続された第２の金属層とを備える。
【００１１】
このような半導体装置は、金属配線を利用して、配線電極の上方とは異なる位置に外部接続電極を配置する再配線構造を実現すると共に、外部接続電極の下方において、金属配線の下に第２の金属層を配置している。これは、外部接続電極の下方において、ボンディング時に応力を吸収してしまう絶縁膜の一部を第２の金属層によって置き換えた構造である。この結果、前記応力の吸収を抑えてボンディングの接合性低下を抑えることができると共に、熱による膨張の差によって生じる層間剥離、クラック等を抑えることができる。
【００１２】
また、第２の金属層は、信号配線の側から金属配線の側に向かって広がるテーパー形状の断面を有していても良い。
【００１３】
このようにすると、寸法の制約が厳しい場合にも、外部接続電極を接続する際の応力を受ける面積を大きくして外部接続電極の接合信頼性を向上することができる。また、第２の金属層と絶縁膜との境界の面積を大きくして、当該境界におけるクラック及び剥離を抑えることができる。
【００１４】
また、第１の金属層及び第２の金属層の側面及び下面と、金属配線の下面とを覆うように形成された第３の金属層を備えていても良い。
【００１５】
第３の金属層は、配線材料が絶縁膜に拡散するのを防ぐバリアメタルとして利用することができる。
【００１６】
また、絶縁膜内で且つ外部接続電極の下方に形成され、第２の金属層の下面に接続されたダミー電極を備えていても良い。
【００１７】
また、配線層絶縁膜内で且つ外部接続電極の下方に形成され、ダミー電極の下方に接続されたダミー配線を更に備えていても良い。
【００１８】
これらの構造は、外部接続電極の下方において、絶縁膜の一部をダミー電極によって更に置き換えた構造及び配線層絶縁膜の一部をダミー配線によって置き換えた構造であり、応力の吸収を更に抑えることができる。この結果、ボンディングの接合性低下、熱膨張の差による層間剥離、クラック等が生じるのを更に抑えることができる。更に、より強固な構造となるので、外部接続電極の下方にトランジスタ等の内部素子が設けられている場合に、外部接続電極を接合する際の応力等による内部素子に対するダメージを抑制することができる。
【００１９】
また、絶縁膜は、配線電極の周囲を埋め込む第１の絶縁膜と、第１の金属層及び第２の金属層の周囲を埋め込む第２の絶縁膜とを含んでいても良い。
【００２０】
絶縁膜は、このような構造を有していても良い。
【００２１】
また、第１の絶縁膜は窒化シリコン膜又は酸化シリコン膜であり、第２の絶縁膜は有機絶縁膜であっても良い。
【００２２】
それぞれの絶縁膜の具体的な材料の例として、これらを挙げることができる。
【００２３】
また、金属配線上を覆い且つ外部接続電極を露出させるように形成された封止絶縁膜を備えていても良い。
【００２４】
また、外部接続電極は、ボンディングワイヤーであっても良い。
【００２５】
また、外部接続電極は、はんだバンプであっても良い。
【００２６】
外部接続電極として、これらを用いても良い。
【００２７】
また、外部接続電極を複数備えると共に、複数の外部接続電極のうちの２つ以上が接続された外部接続電極ＧＮＤ部を有していても良い。
【００２８】
また、外部接続電極を複数備えると共に、複数の外部接続電極のうちの２つ以上が接続された放熱部を有していても良い。
【００２９】
このような外部接続電極ＧＮＤ部（接地部）及び放熱部には、複数の外部接続電極を接合するので、構造を強固にすることができる本開示の構造が有用である。
【００３０】
また、平面視において、第２の金属層の外径は、外部接続電極の外径の０．８倍以上で且つ３倍以下であっても良い。
【００３１】
第２の金属層の外径が小さすぎると、接合信頼性を向上する効果が十分には得られない。また、第２の金属層の外径が大きすぎると、その周囲に配置される配線等の設計を制約してしまう。従って、第２の金属層の外径には望ましい範囲が有り、例えば外部接続電極の外径の０．８倍以上で且つ３倍以下であっても良い。尚、外径としては、例えば第２の金属層が平面視にて円形である場合の直径である。
【００３２】
次に、本開示の半導体装置の製造方法は、配線層絶縁膜内に信号配線を形成する工程（ａ）と、信号配線上に配線電極を形成する工程（ｂ）と、配線層絶縁膜上に形成され、信号電極を露出させる第１の凹部及び他の位置に設けられた第２の凹部を有する絶縁膜を形成する工程（ｃ）と、第１の凹部を埋め込む第１の金属層及び第２の凹部を埋め込む第２の金属層と、絶縁膜上に形成され且つ第１の金属層及び第２の金属層に接続された金属配線を形成する工程（ｄ）と、第２の金属層の上方において、金属配線上に外部接続電極を形成する工程（ｅ）とを備える。
【００３３】
このようにすると、本開示の半導体装置を製造することができる。ここで、配線電極と金属配線とを接続する第１の金属層は、再配線構造を実現するために形成される。このような第１の金属層と同時に第２の金属層を形成することができるので、工程数を増加させるのを避けることができる。
【００３４】
また、工程（ｂ）において、配線電極に加えてダミー電極を形成し、工程（ｃ）において、第２の凹部をダミー電極の上方に配置しても良い。
【００３５】
これにより、ダミー電極を有する本開示の半導体装置を製造することができる。ここで、配線電極と同時にダミー電極を形成することができるので、製造の工程数の増加を避けることができる。
【００３６】
また、工程（ａ）において、信号配線に加えてダミー配線を形成し、工程（ｃ）において、第２の凹部をダミー配線の上方に配置しても良い。
【００３７】
これにより、ダミー配線を有する本開示の半導体装置を製造することができる。ここで、信号配線と同時にダミー配線を形成することができるので、製造の工程数の増加を避けることができる。
【００３８】
また、工程（ｃ）は、信号電極上面を露出させる第１の絶縁膜を形成する工程と、第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する工程と、第２の絶縁膜のうちの所定領域を除去して第１の凹部及び第２の凹部を形成する工程とを含んでいても良い。
【発明の効果】
【００３９】
本開示の半導体装置及びその製造方法によると、外部接続電極のボンディング接合性の低下を抑制し、また、層間剥離及びクラックの発生等を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１（ａ）及び（ｂ）は、本開示の第１の実施形態の例示的半導体装置を模式的に示す平面図及び断面図である。
【図２】図２は、本開示の第１の実施形態の例示的半導体装置の効果が顕著になる数値範囲を示す図である。
【図３】図３は、本開示の第１の実施形態の他の例示的半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｆ）は、本開示の第１の実施形態の例示的半導体装置について、製造工程を説明する図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｅ）は、図４（ｆ）に続いて、本開示の第１の実施形態の例示的半導体装置について、製造工程を説明する図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、本開示の実施形態における第１の変形例の例示的半導体装置を模式的に示す平面図及び断面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｆ）は、本開示の実施形態における第１の変形例の例示的半導体装置について、製造工程を説明する図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｅ）は、図７（ｆ）に続いて、本開示の実施形態における第１の変形例の例示的半導体装置について、製造工程を説明する図である。
【図９】図９は、本開示の実施形態における第２の変形例の例示的半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、本開示の実施形態における第３の変形例の例示的半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図１１】図１１は、背景技術の半導体装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４２】
図１（ａ）及び（ｂ）は、実施形態の例示的半導体装置５０を模式的に示す平面図及び断面図であり、図１（ａ）のIb-Ib'線が図１（ｂ）に対応する。
【００４３】
図１（ｂ）に示す通り、配線層絶縁膜３内に信号配線１が設けられ、当該信号配線３上に配線電極４が接続されている。配線電極４上には、バリアメタル・シード層８を介して、配線電極接続部１０ａ（第１の金属層）が形成されている。
【００４４】
配線電極接続部１０ａは再配線層１０の一部である。再配線層１０は、配線電極接続部１０ａと、当該配線電極接続部１０ａと同じ層に形成された外部電極部補強層１０ｂ（第２の金属層）と、配線電極接続部１０ａ及び外部電極部補強層１０ｂ上に形成された再配線１０ｃとを含む。バリアメタル・シード層８は、配線電極接続部１０ａ及び外部電極部補強層１０ｂの下面及び側面と、再配線１０ｃの下面とを覆うように形成されている。
【００４５】
配線電極接続部１０ａ、外部電極部補強層１０ｂ及び配線電極４は、配線層絶縁膜３上に形成された絶縁膜（第１の絶縁膜６及びその上に形成された第２の絶縁膜７）中に埋め込まれている。より具体的に、配線電極接続部１０ａ及び外部電極部補強層１０ｂは、第２の絶縁膜７に設けられた開口部を埋め込むように形成されている。配線電極接続部１０ａの一部は、第１の絶縁膜６内にまで入り込んでいる。再配線１０ｃのうちの配線電極接続部１０ａの形成箇所及び外部電極部補強層１０ｂの形成箇所を除く部分（再配線層１０のうち膜厚が小さい部分）の下に、バリアメタル・シード層８を介して第２の絶縁膜７が配置されることになる。また、配線電極４は、第２の絶縁膜７の下の第１の絶縁膜６に設けられた開口を充填し、配線層絶縁膜３の上部にも一部が入り込むように形成されている。
【００４６】
また、再配線１０ｃ上で且つ外部電極部補強層１０ｂの上方に、パッド部１２を介して、ワイヤボンドによる外部接続電極１３ａが形成されている。
【００４７】
更に、パッド部１２及び外部接続電極１３ａを露出させるように、第２の絶縁膜７及び再配線１０ｃを覆う封止絶縁膜１１が形成されている。
【００４８】
以上のような半導体装置５０において、再配線層１０を利用して、配線電極４の上方とは異なる位置に外部接続電極１３ａを設ける再配線構造が実現している。
【００４９】
また、外部接続電極１３ａの下方において、第２の絶縁膜７が開口されて、当該開口を埋め込むように、第２の絶縁膜７の膜厚に相当する厚さの外部電極部補強層１０ｂが形成されている。
【００５０】
ここで、外部接続電極１３ａの下方において、再配線１０ｃの下に絶縁膜が配置されていると、パッド部１２を介して再配線１０ｃ上に外部接続電極１３ａを接合（ワイヤボンド）する際、応力が吸収されてしまい、接合性が不安定になる。これに対し、半導体装置５０の場合、外部接続電極１３ａの下方における再配線１０ｃの下には、外部電極部補強層１０ｂが配置されている。これにより、前記の応力が吸収されるのを避けることができ、接合性を改善することができる。
【００５１】
尚、各構成要素の材料の例として、以下のものが挙げられる。つまり、信号配線１は、アルミニウム又は銅等からなっていても良い。配線層絶縁膜３は、ＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silicate Glass）膜等の酸化膜又は有機絶縁膜からなっていても良い。配線電極４は、アルミニウム等からなっていても良い。バリアメタル・シード層８は、チタン膜及び銅膜が積層された構造であっても良い。再配線層１０は、銅等からなっていても良い。また、第１の絶縁膜６は、窒化シリコン膜又は酸化シリコン膜等であっても良い。第２の絶縁膜７は、ポリイミド等の有機絶縁膜であっても良い。パッド部１２は、ニッケル及び金からなるメッキ層からなっていても良いし、ニッケル、パラジウム及び金からなるメッキ層からなっていても良い。外部接続電極１３ａは、金、銅又はアルミニウム等のワイヤーからなっていても良い。但し、これらには限定されず、他の材料を用いても良い。
【００５２】
また、図１（ｂ）の場合、信号配線１の上面のうちの一部に配線電極４が接続され、信号配線１の上面の他の部分は配線層絶縁３によって薄く覆われている。しかしながら、信号配線１の上面と配線層絶縁膜３の上面とが面一である構造、信号配線１の上面全体を覆うように配線電極４が形成されている構造等とすることも可能である。
また、平面視において、外部電極部補強層１０ｂの外形の寸法（一例として、外部電極補強部１０ｂが円形である場合の直径）は、外部接続電極１３ａの外形の寸法に対して、０．８倍以上で且つ３．０倍以下の範囲とするのが良い。０．８倍未満の大きさであった場合、外部接続電極１３ａを接合する際の加重、衝撃等を十分に受けることが難しい。また、３．０倍を超える場合、外部電極部補強層１０ｂの周囲の配線の配置等、設計事項を大きく制約してしまい、狭ピッチ化、多ピン化等を進めるに当たって障害となってしまう。従って、前記の範囲とするのが良い。
【００５３】
また、本実施形態の効果は、再配線１０ｃの厚さが１μｍ以上で且つ第２の絶縁膜７の厚さの４倍未満の場合に、顕著に発揮される。再配線１０ｃを安定して形成するためには厚さが１μｍ以上であることが好ましい。また、再配線１０ｃの厚さが第２の絶縁膜７の厚さの４倍以上である場合、第２の絶縁膜７の厚さに対して再配線１０ｃは十分に厚く、外部電極部補強層１０ｂを設けることによる接合性の改善は小さくなる。従って、前記の範囲の場合に、顕著な効果が得られる。但し、この範囲を外れる場合にも効果は発揮できる。
【００５４】
このことに関して、図２に示す。図２のグラフにおいて、横軸は第２の絶縁膜７の厚さ（μｍ）、縦軸は再配線１０ｃの厚さ（μｍ）を示す。グラフ中の領域Ａが、前記の範囲に対応する。つまり、１（μｍ）≦再配線１０ｃの厚さ（μｍ）＜第２の絶縁膜７の厚さ×４（μｍ）となる領域である。領域Ｂは第２の絶縁膜７の厚さに対して再配線１０ｃが十分に厚い領域、領域Ｃは再配線１０ｃを安定して形成することが困難な領域を示す。
【００５５】
第２の絶縁膜７の厚さが大きくなるにつれて、本実施形態の構造による効果が顕著になる（つまり、外部電極部補強層１０ｂを設けることが望ましい）再配線１０ｃの厚さの範囲が大きくなっている。また、再配線１０ｃの厚さが小さいほど、膜厚の小さい第２の絶縁膜７に対しても、外部電極部補強層１０ｂを設ける効果が顕著になる。
【００５６】
次に、図３に、本実施形態の他の例示的半導体装置５０ａの断面を模式的に示している。
【００５７】
図３に示す通り、半導体装置５０ａにおいて、外部電極部補強層１０ｂは、配線層絶縁膜３の側から再配線１０ｃの側に向かって広がるテーパー形状を有している。このようにすると、他の配線等を外部電極補強部１０ｂに近い位置にまで配置することができるので、寸法制約が厳しい場合にも対応できる。これと共に、ワイヤボンドの際に応力を受ける面積を大きくすることができ、また、第２の絶縁膜７と外部電極部補強層１０ｂとが接触する境界面の面積を大きくすることができる。
【００５８】
この結果、外部接続電極１３ａの接合信頼性を確保することができると共に、前記境界面におけるクラック、剥離等を抑制することができる。
【００５９】
次に、半導体装置５０の製造方法を説明する。図４（ａ）〜（ｆ）と、図５（ａ）〜（ｅ）は、半導体装置５０の製造工程を示す模式的な断面図である。
【００６０】
図４（ａ）の工程において、配線層絶縁膜３内に、アルミニウム、銅等からなる信号配線１を形成する。次に、信号配線１上に、アルミニウム等からなる配線電極４を形成する。この際、配線電極４は、配線層絶縁３内に一部が入り込むように形成される。更に、配線電極４の直上を除いて配線層絶縁膜３上を覆うように、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等からなる第１の絶縁膜６を形成する。例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により膜を堆積した後、配線電極４直上の所定部分の膜をエッチング除去する。
【００６１】
続いて、図４（ｂ）に示すように、第１の絶縁膜６及び配線電極４の上を覆うように、有機絶縁膜（例えばポリイミド）等からなる第２の絶縁膜７を塗布等により形成する。
【００６２】
続いて、図４（ｃ）に示すように、配線電極４上方の領域及びそれとは異なる領域において第２の絶縁膜７を除去し、後の工程にて配線電極接続部１０ａ及び外部電極部補強層１０ｂが形成される第１の凹部２１ａ及び第２の凹部２１ｂを形成する。
【００６３】
続いて、図４（ｄ）に示すように、第２の絶縁膜７上と、第１の凹部２１ａ及び第２の凹部２１ｂの側面及び底面とを覆うバリアメタル・シード層８をチタン及び銅により形成する。例えば、いずれもスパッタ法を用い、チタン膜を形成した後、その上に銅膜を形成する。
【００６４】
続いて、図４（ｅ）に示すように、バリアメタル・シード層８上に、フォトリソグラフィ法等を利用して、再配線層１０を形成する領域が開口されたレジスト膜９を形成する。その後、第１の凹部２１ａを埋め込む配線電極接続部１０ａと、第２の凹部２１ｂを埋め込む外部電極部補強層１０ｂと、これらの上面に接続され且つレジスト膜９に設けられた開口を埋め込む再配線１０ｃとを含む再配線層１０を形成する。これには、例えばメッキ法を用いても良い。
【００６５】
続いて、図４（ｆ）に示すように、レジスト膜９を除去する。
【００６６】
続いて、図５（ａ）に示すように、再配線層１０に覆われた部分以外のバリアメタル・シード層８をエッチング等により除去する。
【００６７】
続いて、図５（ｂ）に示すように、再配線層１０上及び第２の絶縁膜７上を覆うように、ポリイミド又はエポキシ樹脂等からなる封止絶縁膜１１を形成する。
【００６８】
続いて、図５（ｃ）に示すように、外部電極部補強層１０ｂ上方の部分の封止絶縁膜１１を除去し、当該部分の再配線１０ｃを露出させる。
【００６９】
続いて、図５（ｄ）に示すように、封止絶縁膜１１から露出した部分の再配線１０ｃ上に、ワイヤボンドを行なうためのパッド部１２を形成する。パッド部１２は、例えば、ニッケル及び金からなるメッキ層、又は、ニッケル、パラジウム及び金からなるメッキ層等により形成する。
【００７０】
続いて、図５（ｅ）に示すように、パッド部１２上に、外部接続電極１３ａとしてＡｕ（金）、Ｃｕ（銅）又はＡｌ（アルミニウム）からなるワイヤーを接続する。Ａｕワイヤー又はＣｕワイヤーの場合は、熱（例えば１５０℃〜２５０℃）、超音波及び荷重によりボールボンディング接合を行なう。Ａｌワイヤーの場合は、熱（例えば１００℃〜１５０℃）、超音波及び荷重によりウェッジボンディング接合を行なう。あるいは、同様の接合方法により、Ａｕワイヤー又はＣｕワイヤーを用いたスタッドバンプとしても良い。
【００７１】
Ａｌワイヤーの場合、線径が５０μｍ以上で且つ２００μｍ以下程度であり、Ａｕワイヤー又はＣｕワイヤーの場合（線径は１０μｍ以上で且つ３０μｍ以下程度）に比べて太いので、より大きい荷重を接合部に加えることになる。従って、接続するワイヤーの種類に応じて、接合部の設計を最適化することが望ましい。
【００７２】
以上のようにして、半導体装置５０を製造することができる。
【００７３】
尚、外部電極部補強層１０ｂは、配線電極接続部１０ａの形成工程を利用して同時に形成することができる。従って、外部電極部補強層１０ｂを形成するために別途工程を追加することは不要であり、工程数及び製造コストを増加させることなく外部電極部補強層１０ｂを形成できる。
【００７４】
（第１の変形例）
以下に、第１の変形例の例示的半導体装置５１について説明する。図６（ａ）及び（ｂ）は、半導体装置５１を模式的に示す平面図及び断面図であり、図６（ａ）のVIb-VIb'線が図６（ｂ）に対応する。図６（ａ）及び（ｂ）の半導体装置５１において、半導体装置５０と同様の構成要素については図１（ａ）及び（ｂ）と同じ符号を用い、以下には相違点について詳しく説明する。
【００７５】
図６（ｂ）に示す通り、半導体装置５１は、半導体装置５０の構成に加えて、ダミー電極５を備えている。ダミー電極５は、外部接続電極１３ａの下方において、第１の絶縁膜６に埋め込まれ且つ外部電極部補強層１０ｂの下にバリアメタル・シード層８を介して接するように形成されている。平面視において、ダミー電極５は、外部電極部補強層１０ｂよりも大きな面積を有する。尚、外部電極部補強層１０ｂは、第１の絶縁膜６内にも入り込んでおり、第１の絶縁膜６及び第２の絶縁膜７を合わせた厚さから、ダミー電極５の厚さを除いた厚さを有することになる。また、ダミー電極５は、配線層絶縁３内にも一部が入り込むように形成されている。ダミー電極５の材料は、例えば、アルミニウム等である。
【００７６】
これにより、半導体装置５１は、外部接続電極１３ａが接続される箇所の構造を更に強化し、接続信頼性を向上している。
【００７７】
更に、外部接続電極１３ａの下方において、配線層絶縁膜３に埋め込まれ且つダミー電極５の下に接するように、ダミー配線２が形成されている。ダミー配線２も、外部接続電極１３ａが接続される箇所の構造を更に強化し、接続信頼性を向上することに貢献する。ダミー配線２の材料は、例えば、アルミニウム又は銅等である。
【００７８】
外部電極部補強層１０ｂを設けて外部接続電極１３ａの下方における再配線層１０の厚さを増加させるだけでは、外部接続電極１３ａの接合信頼性を十分に改善できない場合がある。そのような場合に、ダミー電極５及びダミー配線２を設けることが好ましい。尚、ダミー電極５を設けて、ダミー配線２を設けない構成とすることも可能である。ダミー電極５によって十分な効果が得られるのであれば、そのようにしても良い。
【００７９】
ここで、ダミー電極５及びダミー配線２は、それぞれ、配線電極４及び信号配線１を形成する工程において同時に形成できる。従って、工程数（及びマスク数）を増加させることなく形成可能であり、コストの増加は抑制されている。
【００８０】
また、ダミー電極５及びダミー配線２は、それぞれ、配線電極４及び信号配線１と同じ層内（断面において同じ高さ）に形成されるので、各層に不必要な段差を生じさせることがない。従って、ワイヤボンドの接合時に受ける応力が集中するのを抑えることができ、クラック等の発生を抑えることができる。
【００８１】
また、外部電極部補強層１０ｂの下方にトランジスタ等の内部素子が存在する場合、ダミー電極５及びダミー配線２は、当該内部素子へのダメージ（外部接続電極１３ａの接合時の応力等によるダメージ）を抑制する効果も有する。これによっても、半導体装置の信頼性が向上する。
【００８２】
次に、図６（ａ）に示すように、半導体装置５１は、再配線層１０上に複数の外部接続電極１３ａが接続され、グランド（接地）として用いられる外部電極接続ＧＮＤ部１４を有する。
【００８３】
外部電極接続ＧＮＤ部１４は、同一の部分に複数の外部接続電極１３ａが接合されるので、より強固な構造を要する。従って、ダミー電極５及びダミー配線２を備える構造が望ましい。
【００８４】
半導体装置５０に関して、再配線層１０に単一の外部接続電極１３ａが接合される場合、再配線１０ｃの厚さの厚さが１μｍ以上で且つ第２の絶縁膜７の厚さの４倍未満の時に効果が顕著になると説明した（図２を参照）。これに対し、複数の外部接続電極１３ａが接合される外部電極接続ＧＮＤ部１４の場合、より強固な構造であることが望まれる。従って、再配線１０ｃの厚さが１μｍ以上で且つ第２の絶縁膜７の厚さの８倍未満の時に、外部電極部補強層１０ｂ、ダミー電極５、ダミー配線２を設けることが望ましい。
【００８５】
尚、外部電極接続ＧＮＤ部１４に接続される外部接続電極１３ａ（ＧＮＤ端子）のワイヤボンドと、通常の外部接続電極１３ａ（電気的接続端子）のワイヤボンドとの距離を、パッドピッチの２倍以上とすることを要する。これにより、ＧＮＤ端子と電気的接続端子との干渉を避けることができる。ここで、パッドピッチとは、通常の外部接続電極１３ａが形成されるパッド部１２が配置されるピッチのことである。
【００８６】
また、図６（ａ）に示すように、半導体装置５１は、高発熱部１５と、その上方に形成された外部電極接続放熱部１６とを有する。
【００８７】
半導体装置に設けられる半導体回路は、発熱の大きい特定の高発熱部を有することが多い。許容範囲を超える高熱が半導体装置内に発生すると、回路の駆動に影響を与え、暴走を起こして回路を誤動作させることがある。また、熱の影響により、ワイヤボンドが溶断されることもある。そこで、放熱性を向上するために、再配線層１０を利用して外部電極接続放熱部１６を設けるのが良い。
【００８８】
外部電極接続放熱部１６には、複数の外部接続電極１３ａ（本実施形態ではワイヤボンドであるが、半田バンプ等のバンプであっても良い）が接続される。また、外部電極接続放熱部１６は、配線電極接続部１０ａ及び再配線１０ｃを介して配線電極４（図６（ａ）では図示省略）に電気的に接続されている。但し、このような電気的接続を有しない、単独の外部電極接続放熱部１６とすることも可能である。
【００８９】
外部電極接続放熱部１６についても、複数の外部接続電極１３ａが接合されるのであるから、より強固な構造を要する。従って、ダミー電極５及びダミー配線２を備える構造が望ましい。外部電極接続ＧＮＤ部１４の場合と同様に、再配線１０ｃの厚さが１μｍ以上で且つ第２の絶縁膜７の厚さの８倍未満の時に、外部電極部補強層１０ｂ、ダミー電極５、ダミー配線２を設けて構造をより強固にすることが望ましい。
【００９０】
尚、高発熱部１５と、その他の領域における再配線層１０との距離を、パッドピッチの２倍以上とするのが良い。これにより、高発熱部１５における熱が電気的接続端子に影響するのを抑えることができる。
【００９１】
尚、外部電極接続ＧＮＤ部１４及び外部電極接続放熱部１６が形成箇所は、より強固な構造を有することが望ましいので、ダミー電極５及びダミー配線２が形成されるものとして説明した。しかしながら、外部電極部補強層１０ｂを設けることにより、外部接続電極１３ａの接合信頼性が十分に改善する場合等には、ダミー電極５及びダミー配線２は必須ではない。
【００９２】
次に、半導体装置５１の製造方法を説明する。図７（ａ）〜（ｆ）と、図８（ａ）〜（ｅ）は、半導体装置５１の製造工程を示す模式的な断面図である。図６（ａ）及び（ｂ）の半導体装置５１は、図１（ａ）及び（ｂ）の半導体装置５０にダミー電極５及びダミー配線２が追加された構造であるから、製造方法についても、これらを形成する点が相違する。従って、以下には、相違点を主に説明する。
【００９３】
図７（ａ）の工程において、配線層絶縁膜３内に、アルミニウム、銅等からなる信号配線１を形成することに加えて、同様の材料からなるダミー配線２を形成する。次に、信号配線１上に、アルミニウム等からなる配線電極４を形成することに加えて、同様の材料からなるダミー電極５を形成する。このとき、ダミー電極５は、配線層絶縁３内にも一部が入り込むように形成される。
【００９４】
このように、ダミー電極５及びダミー配線２は、配線電極４及び信号配線１を形成する工程において同時に形成できるので、工程数は増加しない。
【００９５】
更に、配線電極４の直上及びダミー電極５の直上を除いて配線層絶縁膜３上を覆うように、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等からなる第１の絶縁膜６を形成する。
【００９６】
続いて、図７（ｂ）に示すように、第１の絶縁膜６、配線電極４及びダミー電極５の上を覆うように、有機絶縁膜（例えばポリイミド）等からなる第２の絶縁膜７を形成する。
【００９７】
続いて、図７（ｃ）に示すように、配線電極４上方の領域及びダミー電極５上方の領域における第２の絶縁膜７を除去して、後の工程にて配線電極接続部１０ａ及び外部電極部補強層１０ｂが形成される第１の凹部２１ａ及び第２の凹部２１ｂを形成する。
【００９８】
この後、図７（ｄ）〜（ｆ）及び図８（ａ）〜（ｅ）の各工程を行なうことにより、半導体装置５１が製造される。これらの工程は、半導体装置５０の製造工程（図４（ｄ）〜（ｆ）及び図５（ａ）〜（ｅ）に示す工程）と同様である。
【００９９】
以上により、半導体装置５１が製造される。
【０１００】
（第２の変形例）
以下に、第２の変形例の例示的半導体装置５２について説明する。図９は、半導体装置５２の断面を模式的に示す図であり、半導体装置５０の断面を示す図１（ｂ）に対応する。
【０１０１】
半導体装置５２は、半導体装置５０がワイヤボンドにより形成された外部接続電極１３ａを備えるのに代えて、半田バンプにより形成された外部接続電極１３ｂを備える。また、半導体装置５２においてパッド部１２は形成されず、封止絶縁膜１１から露出する部分の再配線１０ｃ上に直接、外部接続電極１３ｂが形成されている。その他の構成は同様であるから、図９において、図１（ａ）及び（ｂ）と同じ符号を付している。
【０１０２】
半田バンプによる外部接続電極１３ｂを形成する場合、バンプ接合時の熱応力が原因となって、層間剥離、クラック等の接続不良が生じる場合がある。これに対し、半導体装置５２では、外部接続電極１３ｂが接合される位置の下方における再配線１０ｃの下に、外部電極部補強層１０ｂを配置している。これにより、応力に耐えられる強固な構造を実現することができ、また、再配線層と絶縁膜との熱による膨張の差によって生じる層間剥離、クラック等を抑制することができる。この結果、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１０３】
このような効果は、半導体装置５０に関して説明したのと同様に、再配線１０ｃの厚さが１μｍ以上で且つ第２の絶縁膜７の厚さの４倍未満の場合に、顕著に発揮される。
【０１０４】
尚、半導体装置５２を外部基板等に実装する際、半田バンプである外部接続電極１３ｂを利用するフリップチップ接合を行ない、半導体装置５２と外部基板等との間にアンダーフィル封止樹脂を設けても良い。この場合、封止絶縁膜１１は必須ではない。ここで、アンダーフィル封止樹脂は、例えば、エポキシ樹脂等である。
【０１０５】
また、外部接続電極１３ｂの直径としては、３０μｍ以上で且つ４００μｍ以下程度の範囲であることが好ましい。
【０１０６】
半導体装置５２を製造するためには、図１（ａ）及び（ｂ）の半導体装置５０の製造工程において、ワイヤボンドによる外部接続電極１３ａの代りに半田バンプによる外部接続電極１３ｂを形成すればよい。
【０１０７】
つまり、半導体装置５０の製造方法として説明したのと同様に、図４（ａ）〜（ｆ）及び図５（ａ）〜（ｃ）の工程を行なう。これにより、図５（ｃ）に示す通り、外部電極部補強層１０ｂの上方において、再配線１０ｃの上面が封止絶縁膜１１から露出した構造が得られる。
【０１０８】
次に、封止絶縁膜１１から露出した再配線１０ｃ上に、半田バンプを形成して外部接続電極１３ｂとする。これにより、図９に示す半導体装置５２が製造される。
【０１０９】
尚、半田バンプの形成方法としては、ボール搭載方式（フラックスを塗布した後、半田ボールを搭載して熱溶融させる）、半田印刷方式（半田ペーストを再配線１０ｃ上に印刷塗布し、熱溶融させる）、半田メッキ方式（電界メッキにより形成する）等がある。ボール搭載方式及び半田印刷方式は外部端子ピッチが最小０．２ｍｍまでの場合に主に使用し、半田メッキ方式は外部端子ピッチが０．３ｍｍ以下の場合に主に使用する。
【０１１０】
（第３の変形例）
以下に、第３の変形例の例示的半導体装置５３について説明する。図１０は、半導体装置５３を模式的に示す断面図であり、第１の変形例における図６（ｂ）に対応する。
【０１１１】
図１０に示す通り、半導体装置５３は、第１の変形例の半導体装置５１がワイヤボンドにより形成された外部接続電極１３ａを備えるのに代えて、半田バンプにより形成された外部接続電極１３ｂを備える。また、半導体装置５２においてパッド部１２は形成されず、封止絶縁膜１１から露出する部分の再配線１０ｃ上に直接、外部接続電極１３ｂが形成されている。ダミー電極５及びダミー配線２は、半導体装置５１に関して説明したのと同様の構成を有する。
【０１１２】
あるいは、第２の変形例の半導体装置５２の構成に加えて、外部電極部補強層１０ｂの下に、ダミー電極５及びダミー配線２を備えていると考えても良い。
【０１１３】
半田バンプからなる外部接続電極１３ｂを備える場合に、ダミー電極５及びダミー配線２が形成されていると、外部接続電極１３ｂの下方の構造が更に強固になる。従って、外部接続電極１３ｂを形成する際の熱応力に起因する層間剥離、クラック等の接続不良を抑制し、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１１４】
また、外部電極部補強層１０ｂの下方にトランジスタ等の内部素子が存在する場合、ダミー電極５及びダミー配線２は、当該内部素子へのダメージを抑制する効果も有する。
【０１１５】
また、半導体装置５３は、第１の変形例において説明したのと同様の外部電極接続ＧＮＤ部１４を備えていても良いし、高発熱部１５及び外部電極接続放熱部１６を備えていても良い。外部接続電極１３ｂが半田バンプからなる場合にも、これらを備えることができる。
【０１１６】
半導体装置５３を製造するためには、第１の変形例の半導体装置５１の製造工程において、ワイヤボンドによる外部接続電極１３ａの代りに半田バンプによる外部接続電極１３ｂを形成すればよい。
【０１１７】
つまり、第１の変形例にて説明したのと同様に、図７（ａ）〜（ｆ）及び図８（ａ）〜（ｃ）の工程を行なう。これにより、図８（ｃ）に示す通り、外部電極部補強層１０ｂの上方において、再配線１０ｃの上面が封止絶縁膜１１から露出した構造が得られる。
【０１１８】
次に、封止絶縁膜１１から露出した再配線１０ｃ上に、半田バンプを形成して外部接続電極１３ｂとする。これにより、図１０に示す半導体装置５３が製造される。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本開示の半導体装置及びその製造方法は、高い性能及び信頼性を実現することができるので、電子機器及びこれを用いたセット、例えばパソコン、ＴＶ、携帯電話、ＢＤプレーヤー、冷蔵庫、洗濯機、電動自転車、電気自動車等、エレクトロニクス商品の電子部品としても有用である。
【符号の説明】
【０１２０】
１ 信号配線
２ ダミー配線
３ 配線層絶縁膜
４ 配線電極
５ ダミー電極
６ 第１の絶縁膜
７ 第２の絶縁膜
８ バリアメタル・シード層
９ レジスト膜
１０ 再配線層
１０ａ 配線電極接続部
１０ｂ 外部電極部補強層
１０ｃ 再配線
１１ 封止絶縁膜
１２ パッド部
１３ａ 外部接続電極
１３ｂ 外部接続電極
１４ 外部電極接続ＧＮＤ部
１５ 高発熱部
１６ 外部電極接続放熱部
２１ａ 第１の凹部
２１ｂ 第２の凹部
５０ 半導体装置
５０ａ 半導体装置
５１ 半導体装置
５２ 半導体装置
５３ 半導体装置
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電子機器及び電子機器を用いたセットに利用する半導体装置に関し、特に、デジタル家電、電動自転車、電気自動車等に用いられる高性能で且つ高信頼性の半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景技術の半導体装置１００について、要部の模式的な断面を図１１に示す。半導体装置１００において、配線層絶縁膜１０３内に配線１０１が設けられ、当該配線層絶縁膜１０３上には配線電極１０４が設けられている。配線電極１０４の上面に再配線層１１０が接続され、当該再配線層１１０上で且つ配線電極１０４の上方を避ける位置に、パッド部１１２を介して外部接続電極１１３ａが形成されている。尚、配線層絶縁膜１０３上には第１の絶縁膜１０６及び第２の絶縁膜１０７が積層されている。再配線層１１０は、第１の絶縁膜１０６及び第２の絶縁膜１０７内に形成されて配線電極１０４に達する配線電極接続部１１０ａと、その上面に接続され、外部接続電極１１３ａとの電気的接続を得る再配線１１０ｂとを有する。また、再配線１１０ｂの下面及び配線電極接続部１１０ａの側面及び下面は、シード層１０８によって覆われている。
【０００３】
このように、半導体装置１００は、デバイス特性を向上させる目的をもって、外部接続電極１１３ａの下方とは異なる位置に配線層絶縁膜１０３上の配線電極１０４を配置する構造、いわゆる再配線構造を用いている（例えば、特許文献１、特許文献２等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１４７０５１号公報
【特許文献２】特開昭６１−２９４８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記のような再配線構造を用いた場合、半導体装置の信頼性、特に、外部接続電極１１３ａと再配線層１１０との接合信頼性が低下する問題がある。具体的には、例えば、ワイヤボンディングを利用してパッド部１１２上に外部接続電極１１３ａが接合される場合に、ワイヤボンディングの接合性が低下する。また、ワイヤボンディングに代えてバンプ接合を利用する場合に、層間剥離（シード層１０８と第２の絶縁膜１０７との界面における剥離、及び、第２の絶縁膜１０７と第１の絶縁膜１０６との界面における剥離が考え得る）、クラック等が発生することがある。
【０００６】
以上に鑑みて、本開示の技術の目的は、外部接続電極と再配線層との接合性低下を抑制し、また、層間剥離及びクラックを抑制することにより、信頼性の高い半導体装置及びその製造方法を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本願発明者等は種々の検討を行ない、次の点に着目した。
【０００８】
配線電極上から再配線を行ない、当該再配線上の所定箇所に外部接続電極を設ける再配線構造の場合、再配線層における外部接続電極が形成される箇所の直下には、絶縁膜が配置されている。この結果、接合時の応力、荷重及び熱等によって、接合が不安定になる。例えばワイヤボンディングを行なう際、絶縁膜が緩衝材となってボンディング荷重が吸収されるので、ワイヤボンディングの接合性が低下してしまう。また、バンプ接合を行なう際、再配線層における接合箇所の直下には絶縁膜が位置しているので、熱による膨張の差によって、層間剥離、クラック等が発生する。
【０００９】
このことに基づき、本願発明者等は、再配線層のうち外部接続電極が接続される箇所の下方において、部分的に絶縁膜に代えて金属層を配置することを着想した。
【００１０】
具体的に、本開示の半導体装置は、配線層絶縁膜内に形成された信号配線と、配線層絶縁膜上に形成された絶縁膜と、絶縁膜内で且つ信号配線上に形成された配線電極と、絶縁膜内で且つ配線電極上に形成された第１の金属層と、絶縁膜上に形成され、第１の金属層の上面に接続された金属配線と、金属配線上に形成された外部接続電極と、絶縁膜内で且つ外部接続電極の下方に形成され、金属配線の下面に接続された第２の金属層とを備える。
【００１１】
このような半導体装置は、金属配線を利用して、配線電極の上方とは異なる位置に外部接続電極を配置する再配線構造を実現すると共に、外部接続電極の下方において、金属配線の下に第２の金属層を配置している。これは、外部接続電極の下方において、ボンディング時に応力を吸収してしまう絶縁膜の一部を第２の金属層によって置き換えた構造である。この結果、前記応力の吸収を抑えてボンディングの接合性低下を抑えることができると共に、熱による膨張の差によって生じる層間剥離、クラック等を抑えることができる。
【００１２】
また、第２の金属層は、信号配線の側から金属配線の側に向かって広がるテーパー形状の断面を有していても良い。
【００１３】
このようにすると、寸法の制約が厳しい場合にも、外部接続電極を接続する際の応力を受ける面積を大きくして外部接続電極の接合信頼性を向上することができる。また、第２の金属層と絶縁膜との境界の面積を大きくして、当該境界におけるクラック及び剥離を抑えることができる。
【００１４】
また、第１の金属層及び第２の金属層の側面及び下面と、金属配線の下面とを覆うように形成された第３の金属層を備えていても良い。
【００１５】
第３の金属層は、配線材料が絶縁膜に拡散するのを防ぐバリアメタルとして利用することができる。
【００１６】
また、絶縁膜内で且つ外部接続電極の下方に形成され、第２の金属層の下面に接続されたダミー電極を備えていても良い。
【００１７】
また、配線層絶縁膜内で且つ外部接続電極の下方に形成され、ダミー電極の下方に接続されたダミー配線を更に備えていても良い。
【００１８】
これらの構造は、外部接続電極の下方において、絶縁膜の一部をダミー電極によって更に置き換えた構造及び配線層絶縁膜の一部をダミー配線によって置き換えた構造であり、応力の吸収を更に抑えることができる。この結果、ボンディングの接合性低下、熱膨張の差による層間剥離、クラック等が生じるのを更に抑えることができる。更に、より強固な構造となるので、外部接続電極の下方にトランジスタ等の内部素子が設けられている場合に、外部接続電極を接合する際の応力等による内部素子に対するダメージを抑制することができる。
【００１９】
また、絶縁膜は、配線電極の周囲を埋め込む第１の絶縁膜と、第１の金属層及び第２の金属層の周囲を埋め込む第２の絶縁膜とを含んでいても良い。
【００２０】
絶縁膜は、このような構造を有していても良い。
【００２１】
また、第１の絶縁膜は窒化シリコン膜又は酸化シリコン膜であり、第２の絶縁膜は有機絶縁膜であっても良い。
【００２２】
それぞれの絶縁膜の具体的な材料の例として、これらを挙げることができる。
【００２３】
また、金属配線上を覆い且つ外部接続電極を露出させるように形成された封止絶縁膜を備えていても良い。
【００２４】
また、外部接続電極は、ボンディングワイヤーであっても良い。
【００２５】
また、外部接続電極は、はんだバンプであっても良い。
【００２６】
外部接続電極として、これらを用いても良い。
【００２７】
また、外部接続電極を複数備えると共に、複数の外部接続電極のうちの２つ以上が接続された外部接続電極ＧＮＤ部を有していても良い。
【００２８】
また、外部接続電極を複数備えると共に、複数の外部接続電極のうちの２つ以上が接続された放熱部を有していても良い。
【００２９】
このような外部接続電極ＧＮＤ部（接地部）及び放熱部には、複数の外部接続電極を接合するので、構造を強固にすることができる本開示の構造が有用である。
【００３０】
また、平面視において、第２の金属層の外径は、外部接続電極の外径の０．８倍以上で且つ３倍以下であっても良い。
【００３１】
第２の金属層の外径が小さすぎると、接合信頼性を向上する効果が十分には得られない。また、第２の金属層の外径が大きすぎると、その周囲に配置される配線等の設計を制約してしまう。従って、第２の金属層の外径には望ましい範囲が有り、例えば外部接続電極の外径の０．８倍以上で且つ３倍以下であっても良い。尚、外径としては、例えば第２の金属層が平面視にて円形である場合の直径である。
【００３２】
次に、本開示の半導体装置の製造方法は、配線層絶縁膜内に信号配線を形成する工程（ａ）と、信号配線上に配線電極を形成する工程（ｂ）と、配線層絶縁膜上に形成され、信号電極を露出させる第１の凹部及び他の位置に設けられた第２の凹部を有する絶縁膜を形成する工程（ｃ）と、第１の凹部を埋め込む第１の金属層及び第２の凹部を埋め込む第２の金属層と、絶縁膜上に形成され且つ第１の金属層及び第２の金属層に接続された金属配線を形成する工程（ｄ）と、第２の金属層の上方において、金属配線上に外部接続電極を形成する工程（ｅ）とを備える。
【００３３】
このようにすると、本開示の半導体装置を製造することができる。ここで、配線電極と金属配線とを接続する第１の金属層は、再配線構造を実現するために形成される。このような第１の金属層と同時に第２の金属層を形成することができるので、工程数を増加させるのを避けることができる。
【００３４】
また、工程（ｂ）において、配線電極に加えてダミー電極を形成し、工程（ｃ）において、第２の凹部をダミー電極の上方に配置しても良い。
【００３５】
これにより、ダミー電極を有する本開示の半導体装置を製造することができる。ここで、配線電極と同時にダミー電極を形成することができるので、製造の工程数の増加を避けることができる。
【００３６】
また、工程（ａ）において、信号配線に加えてダミー配線を形成し、工程（ｃ）において、第２の凹部をダミー配線の上方に配置しても良い。
【００３７】
これにより、ダミー配線を有する本開示の半導体装置を製造することができる。ここで、信号配線と同時にダミー配線を形成することができるので、製造の工程数の増加を避けることができる。
【００３８】
また、工程（ｃ）は、信号電極上面を露出させる第１の絶縁膜を形成する工程と、第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する工程と、第２の絶縁膜のうちの所定領域を除去して第１の凹部及び第２の凹部を形成する工程とを含んでいても良い。
【発明の効果】
【００３９】
本開示の半導体装置及びその製造方法によると、外部接続電極のボンディング接合性の低下を抑制し、また、層間剥離及びクラックの発生等を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１（ａ）及び（ｂ）は、本開示の第１の実施形態の例示的半導体装置を模式的に示す平面図及び断面図である。
【図２】図２は、本開示の第１の実施形態の例示的半導体装置の効果が顕著になる数値範囲を示す図である。
【図３】図３は、本開示の第１の実施形態の他の例示的半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｆ）は、本開示の第１の実施形態の例示的半導体装置について、製造工程を説明する図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｅ）は、図４（ｆ）に続いて、本開示の第１の実施形態の例示的半導体装置について、製造工程を説明する図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、本開示の実施形態における第１の変形例の例示的半導体装置を模式的に示す平面図及び断面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｆ）は、本開示の実施形態における第１の変形例の例示的半導体装置について、製造工程を説明する図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｅ）は、図７（ｆ）に続いて、本開示の実施形態における第１の変形例の例示的半導体装置について、製造工程を説明する図である。
【図９】図９は、本開示の実施形態における第２の変形例の例示的半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、本開示の実施形態における第３の変形例の例示的半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図１１】図１１は、背景技術の半導体装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４２】
図１（ａ）及び（ｂ）は、実施形態の例示的半導体装置５０を模式的に示す平面図及び断面図であり、図１（ａ）のIb-Ib'線が図１（ｂ）に対応する。
【００４３】
図１（ｂ）に示す通り、配線層絶縁膜３内に信号配線１が設けられ、当該信号配線３上に配線電極４が接続されている。配線電極４上には、バリアメタル・シード層８を介して、配線電極接続部１０ａ（第１の金属層）が形成されている。
【００４４】
配線電極接続部１０ａは再配線層１０の一部である。再配線層１０は、配線電極接続部１０ａと、当該配線電極接続部１０ａと同じ層に形成された外部電極部補強層１０ｂ（第２の金属層）と、配線電極接続部１０ａ及び外部電極部補強層１０ｂ上に形成された再配線１０ｃとを含む。バリアメタル・シード層８は、配線電極接続部１０ａ及び外部電極部補強層１０ｂの下面及び側面と、再配線１０ｃの下面とを覆うように形成されている。
【００４５】
配線電極接続部１０ａ、外部電極部補強層１０ｂ及び配線電極４は、配線層絶縁膜３上に形成された絶縁膜（第１の絶縁膜６及びその上に形成された第２の絶縁膜７）中に埋め込まれている。より具体的に、配線電極接続部１０ａ及び外部電極部補強層１０ｂは、第２の絶縁膜７に設けられた開口部を埋め込むように形成されている。配線電極接続部１０ａの一部は、第１の絶縁膜６内にまで入り込んでいる。再配線１０ｃのうちの配線電極接続部１０ａの形成箇所及び外部電極部補強層１０ｂの形成箇所を除く部分（再配線層１０のうち膜厚が小さい部分）の下に、バリアメタル・シード層８を介して第２の絶縁膜７が配置されることになる。また、配線電極４は、第２の絶縁膜７の下の第１の絶縁膜６に設けられた開口を充填し、配線層絶縁膜３の上部にも一部が入り込むように形成されている。
【００４６】
また、再配線１０ｃ上で且つ外部電極部補強層１０ｂの上方に、パッド部１２を介して、ワイヤボンドによる外部接続電極１３ａが形成されている。
【００４７】
更に、パッド部１２及び外部接続電極１３ａを露出させるように、第２の絶縁膜７及び再配線１０ｃを覆う封止絶縁膜１１が形成されている。
【００４８】
以上のような半導体装置５０において、再配線層１０を利用して、配線電極４の上方とは異なる位置に外部接続電極１３ａを設ける再配線構造が実現している。
【００４９】
また、外部接続電極１３ａの下方において、第２の絶縁膜７が開口されて、当該開口を埋め込むように、第２の絶縁膜７の膜厚に相当する厚さの外部電極部補強層１０ｂが形成されている。
【００５０】
ここで、外部接続電極１３ａの下方において、再配線１０ｃの下に絶縁膜が配置されていると、パッド部１２を介して再配線１０ｃ上に外部接続電極１３ａを接合（ワイヤボンド）する際、応力が吸収されてしまい、接合性が不安定になる。これに対し、半導体装置５０の場合、外部接続電極１３ａの下方における再配線１０ｃの下には、外部電極部補強層１０ｂが配置されている。これにより、前記の応力が吸収されるのを避けることができ、接合性を改善することができる。
【００５１】
尚、各構成要素の材料の例として、以下のものが挙げられる。つまり、信号配線１は、アルミニウム又は銅等からなっていても良い。配線層絶縁膜３は、ＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silicate Glass）膜等の酸化膜又は有機絶縁膜からなっていても良い。配線電極４は、アルミニウム等からなっていても良い。バリアメタル・シード層８は、チタン膜及び銅膜が積層された構造であっても良い。再配線層１０は、銅等からなっていても良い。また、第１の絶縁膜６は、窒化シリコン膜又は酸化シリコン膜等であっても良い。第２の絶縁膜７は、ポリイミド等の有機絶縁膜であっても良い。パッド部１２は、ニッケル及び金からなるメッキ層からなっていても良いし、ニッケル、パラジウム及び金からなるメッキ層からなっていても良い。外部接続電極１３ａは、金、銅又はアルミニウム等のワイヤーからなっていても良い。但し、これらには限定されず、他の材料を用いても良い。
【００５２】
また、図１（ｂ）の場合、信号配線１の上面のうちの一部に配線電極４が接続され、信号配線１の上面の他の部分は配線層絶縁３によって薄く覆われている。しかしながら、信号配線１の上面と配線層絶縁膜３の上面とが面一である構造、信号配線１の上面全体を覆うように配線電極４が形成されている構造等とすることも可能である。
また、平面視において、外部電極部補強層１０ｂの外形の寸法（一例として、外部電極補強部１０ｂが円形である場合の直径）は、外部接続電極１３ａの外形の寸法に対して、０．８倍以上で且つ３．０倍以下の範囲とするのが良い。０．８倍未満の大きさであった場合、外部接続電極１３ａを接合する際の加重、衝撃等を十分に受けることが難しい。また、３．０倍を超える場合、外部電極部補強層１０ｂの周囲の配線の配置等、設計事項を大きく制約してしまい、狭ピッチ化、多ピン化等を進めるに当たって障害となってしまう。従って、前記の範囲とするのが良い。
【００５３】
また、本実施形態の効果は、再配線１０ｃの厚さが１μｍ以上で且つ第２の絶縁膜７の厚さの４倍未満の場合に、顕著に発揮される。再配線１０ｃを安定して形成するためには厚さが１μｍ以上であることが好ましい。また、再配線１０ｃの厚さが第２の絶縁膜７の厚さの４倍以上である場合、第２の絶縁膜７の厚さに対して再配線１０ｃは十分に厚く、外部電極部補強層１０ｂを設けることによる接合性の改善は小さくなる。従って、前記の範囲の場合に、顕著な効果が得られる。但し、この範囲を外れる場合にも効果は発揮できる。
【００５４】
このことに関して、図２に示す。図２のグラフにおいて、横軸は第２の絶縁膜７の厚さ（μｍ）、縦軸は再配線１０ｃの厚さ（μｍ）を示す。グラフ中の領域Ａが、前記の範囲に対応する。つまり、１（μｍ）≦再配線１０ｃの厚さ（μｍ）＜第２の絶縁膜７の厚さ×４（μｍ）となる領域である。領域Ｂは第２の絶縁膜７の厚さに対して再配線１０ｃが十分に厚い領域、領域Ｃは再配線１０ｃを安定して形成することが困難な領域を示す。
【００５５】
第２の絶縁膜７の厚さが大きくなるにつれて、本実施形態の構造による効果が顕著になる（つまり、外部電極部補強層１０ｂを設けることが望ましい）再配線１０ｃの厚さの範囲が大きくなっている。また、再配線１０ｃの厚さが小さいほど、膜厚の小さい第２の絶縁膜７に対しても、外部電極部補強層１０ｂを設ける効果が顕著になる。
【００５６】
次に、図３に、本実施形態の他の例示的半導体装置５０ａの断面を模式的に示している。
【００５７】
図３に示す通り、半導体装置５０ａにおいて、外部電極部補強層１０ｂは、配線層絶縁膜３の側から再配線１０ｃの側に向かって広がるテーパー形状を有している。このようにすると、他の配線等を外部電極補強部１０ｂに近い位置にまで配置することができるので、寸法制約が厳しい場合にも対応できる。これと共に、ワイヤボンドの際に応力を受ける面積を大きくすることができ、また、第２の絶縁膜７と外部電極部補強層１０ｂとが接触する境界面の面積を大きくすることができる。
【００５８】
この結果、外部接続電極１３ａの接合信頼性を確保することができると共に、前記境界面におけるクラック、剥離等を抑制することができる。
【００５９】
次に、半導体装置５０の製造方法を説明する。図４（ａ）〜（ｆ）と、図５（ａ）〜（ｅ）は、半導体装置５０の製造工程を示す模式的な断面図である。
【００６０】
図４（ａ）の工程において、配線層絶縁膜３内に、アルミニウム、銅等からなる信号配線１を形成する。次に、信号配線１上に、アルミニウム等からなる配線電極４を形成する。この際、配線電極４は、配線層絶縁３内に一部が入り込むように形成される。更に、配線電極４の直上を除いて配線層絶縁膜３上を覆うように、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等からなる第１の絶縁膜６を形成する。例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により膜を堆積した後、配線電極４直上の所定部分の膜をエッチング除去する。
【００６１】
続いて、図４（ｂ）に示すように、第１の絶縁膜６及び配線電極４の上を覆うように、有機絶縁膜（例えばポリイミド）等からなる第２の絶縁膜７を塗布等により形成する。
【００６２】
続いて、図４（ｃ）に示すように、配線電極４上方の領域及びそれとは異なる領域において第２の絶縁膜７を除去し、後の工程にて配線電極接続部１０ａ及び外部電極部補強層１０ｂが形成される第１の凹部２１ａ及び第２の凹部２１ｂを形成する。
【００６３】
続いて、図４（ｄ）に示すように、第２の絶縁膜７上と、第１の凹部２１ａ及び第２の凹部２１ｂの側面及び底面とを覆うバリアメタル・シード層８をチタン及び銅により形成する。例えば、いずれもスパッタ法を用い、チタン膜を形成した後、その上に銅膜を形成する。
【００６４】
続いて、図４（ｅ）に示すように、バリアメタル・シード層８上に、フォトリソグラフィ法等を利用して、再配線層１０を形成する領域が開口されたレジスト膜９を形成する。その後、第１の凹部２１ａを埋め込む配線電極接続部１０ａと、第２の凹部２１ｂを埋め込む外部電極部補強層１０ｂと、これらの上面に接続され且つレジスト膜９に設けられた開口を埋め込む再配線１０ｃとを含む再配線層１０を形成する。これには、例えばメッキ法を用いても良い。
【００６５】
続いて、図４（ｆ）に示すように、レジスト膜９を除去する。
【００６６】
続いて、図５（ａ）に示すように、再配線層１０に覆われた部分以外のバリアメタル・シード層８をエッチング等により除去する。
【００６７】
続いて、図５（ｂ）に示すように、再配線層１０上及び第２の絶縁膜７上を覆うように、ポリイミド又はエポキシ樹脂等からなる封止絶縁膜１１を形成する。
【００６８】
続いて、図５（ｃ）に示すように、外部電極部補強層１０ｂ上方の部分の封止絶縁膜１１を除去し、当該部分の再配線１０ｃを露出させる。
【００６９】
続いて、図５（ｄ）に示すように、封止絶縁膜１１から露出した部分の再配線１０ｃ上に、ワイヤボンドを行なうためのパッド部１２を形成する。パッド部１２は、例えば、ニッケル及び金からなるメッキ層、又は、ニッケル、パラジウム及び金からなるメッキ層等により形成する。
【００７０】
続いて、図５（ｅ）に示すように、パッド部１２上に、外部接続電極１３ａとしてＡｕ（金）、Ｃｕ（銅）又はＡｌ（アルミニウム）からなるワイヤーを接続する。Ａｕワイヤー又はＣｕワイヤーの場合は、熱（例えば１５０℃〜２５０℃）、超音波及び荷重によりボールボンディング接合を行なう。Ａｌワイヤーの場合は、熱（例えば１００℃〜１５０℃）、超音波及び荷重によりウェッジボンディング接合を行なう。あるいは、同様の接合方法により、Ａｕワイヤー又はＣｕワイヤーを用いたスタッドバンプとしても良い。
【００７１】
Ａｌワイヤーの場合、線径が５０μｍ以上で且つ２００μｍ以下程度であり、Ａｕワイヤー又はＣｕワイヤーの場合（線径は１０μｍ以上で且つ３０μｍ以下程度）に比べて太いので、より大きい荷重を接合部に加えることになる。従って、接続するワイヤーの種類に応じて、接合部の設計を最適化することが望ましい。
【００７２】
以上のようにして、半導体装置５０を製造することができる。
【００７３】
尚、外部電極部補強層１０ｂは、配線電極接続部１０ａの形成工程を利用して同時に形成することができる。従って、外部電極部補強層１０ｂを形成するために別途工程を追加することは不要であり、工程数及び製造コストを増加させることなく外部電極部補強層１０ｂを形成できる。
【００７４】
（第１の変形例）
以下に、第１の変形例の例示的半導体装置５１について説明する。図６（ａ）及び（ｂ）は、半導体装置５１を模式的に示す平面図及び断面図であり、図６（ａ）のVIb-VIb'線が図６（ｂ）に対応する。図６（ａ）及び（ｂ）の半導体装置５１において、半導体装置５０と同様の構成要素については図１（ａ）及び（ｂ）と同じ符号を用い、以下には相違点について詳しく説明する。
【００７５】
図６（ｂ）に示す通り、半導体装置５１は、半導体装置５０の構成に加えて、ダミー電極５を備えている。ダミー電極５は、外部接続電極１３ａの下方において、第１の絶縁膜６に埋め込まれ且つ外部電極部補強層１０ｂの下にバリアメタル・シード層８を介して接するように形成されている。平面視において、ダミー電極５は、外部電極部補強層１０ｂよりも大きな面積を有する。尚、外部電極部補強層１０ｂは、第１の絶縁膜６内にも入り込んでおり、第１の絶縁膜６及び第２の絶縁膜７を合わせた厚さから、ダミー電極５の厚さを除いた厚さを有することになる。また、ダミー電極５は、配線層絶縁３内にも一部が入り込むように形成されている。ダミー電極５の材料は、例えば、アルミニウム等である。
【００７６】
これにより、半導体装置５１は、外部接続電極１３ａが接続される箇所の構造を更に強化し、接続信頼性を向上している。
【００７７】
更に、外部接続電極１３ａの下方において、配線層絶縁膜３に埋め込まれ且つダミー電極５の下に接するように、ダミー配線２が形成されている。ダミー配線２も、外部接続電極１３ａが接続される箇所の構造を更に強化し、接続信頼性を向上することに貢献する。ダミー配線２の材料は、例えば、アルミニウム又は銅等である。
【００７８】
外部電極部補強層１０ｂを設けて外部接続電極１３ａの下方における再配線層１０の厚さを増加させるだけでは、外部接続電極１３ａの接合信頼性を十分に改善できない場合がある。そのような場合に、ダミー電極５及びダミー配線２を設けることが好ましい。尚、ダミー電極５を設けて、ダミー配線２を設けない構成とすることも可能である。ダミー電極５によって十分な効果が得られるのであれば、そのようにしても良い。
【００７９】
ここで、ダミー電極５及びダミー配線２は、それぞれ、配線電極４及び信号配線１を形成する工程において同時に形成できる。従って、工程数（及びマスク数）を増加させることなく形成可能であり、コストの増加は抑制されている。
【００８０】
また、ダミー電極５及びダミー配線２は、それぞれ、配線電極４及び信号配線１と同じ層内（断面において同じ高さ）に形成されるので、各層に不必要な段差を生じさせることがない。従って、ワイヤボンドの接合時に受ける応力が集中するのを抑えることができ、クラック等の発生を抑えることができる。
【００８１】
また、外部電極部補強層１０ｂの下方にトランジスタ等の内部素子が存在する場合、ダミー電極５及びダミー配線２は、当該内部素子へのダメージ（外部接続電極１３ａの接合時の応力等によるダメージ）を抑制する効果も有する。これによっても、半導体装置の信頼性が向上する。
【００８２】
次に、図６（ａ）に示すように、半導体装置５１は、再配線層１０上に複数の外部接続電極１３ａが接続され、グランド（接地）として用いられる外部電極接続ＧＮＤ部１４を有する。
【００８３】
外部電極接続ＧＮＤ部１４は、同一の部分に複数の外部接続電極１３ａが接合されるので、より強固な構造を要する。従って、ダミー電極５及びダミー配線２を備える構造が望ましい。
【００８４】
半導体装置５０に関して、再配線層１０に単一の外部接続電極１３ａが接合される場合、再配線１０ｃの厚さの厚さが１μｍ以上で且つ第２の絶縁膜７の厚さの４倍未満の時に効果が顕著になると説明した（図２を参照）。これに対し、複数の外部接続電極１３ａが接合される外部電極接続ＧＮＤ部１４の場合、より強固な構造であることが望まれる。従って、再配線１０ｃの厚さが１μｍ以上で且つ第２の絶縁膜７の厚さの８倍未満の時に、外部電極部補強層１０ｂ、ダミー電極５、ダミー配線２を設けることが望ましい。
【００８５】
尚、外部電極接続ＧＮＤ部１４に接続される外部接続電極１３ａ（ＧＮＤ端子）のワイヤボンドと、通常の外部接続電極１３ａ（電気的接続端子）のワイヤボンドとの距離を、パッドピッチの２倍以上とすることを要する。これにより、ＧＮＤ端子と電気的接続端子との干渉を避けることができる。ここで、パッドピッチとは、通常の外部接続電極１３ａが形成されるパッド部１２が配置されるピッチのことである。
【００８６】
また、図６（ａ）に示すように、半導体装置５１は、高発熱部１５と、その上方に形成された外部電極接続放熱部１６とを有する。
【００８７】
半導体装置に設けられる半導体回路は、発熱の大きい特定の高発熱部を有することが多い。許容範囲を超える高熱が半導体装置内に発生すると、回路の駆動に影響を与え、暴走を起こして回路を誤動作させることがある。また、熱の影響により、ワイヤボンドが溶断されることもある。そこで、放熱性を向上するために、再配線層１０を利用して外部電極接続放熱部１６を設けるのが良い。
【００８８】
外部電極接続放熱部１６には、複数の外部接続電極１３ａ（本実施形態ではワイヤボンドであるが、半田バンプ等のバンプであっても良い）が接続される。また、外部電極接続放熱部１６は、配線電極接続部１０ａ及び再配線１０ｃを介して配線電極４（図６（ａ）では図示省略）に電気的に接続されている。但し、このような電気的接続を有しない、単独の外部電極接続放熱部１６とすることも可能である。
【００８９】
外部電極接続放熱部１６についても、複数の外部接続電極１３ａが接合されるのであるから、より強固な構造を要する。従って、ダミー電極５及びダミー配線２を備える構造が望ましい。外部電極接続ＧＮＤ部１４の場合と同様に、再配線１０ｃの厚さが１μｍ以上で且つ第２の絶縁膜７の厚さの８倍未満の時に、外部電極部補強層１０ｂ、ダミー電極５、ダミー配線２を設けて構造をより強固にすることが望ましい。
【００９０】
尚、高発熱部１５と、その他の領域における再配線層１０との距離を、パッドピッチの２倍以上とするのが良い。これにより、高発熱部１５における熱が電気的接続端子に影響するのを抑えることができる。
【００９１】
尚、外部電極接続ＧＮＤ部１４及び外部電極接続放熱部１６が形成箇所は、より強固な構造を有することが望ましいので、ダミー電極５及びダミー配線２が形成されるものとして説明した。しかしながら、外部電極部補強層１０ｂを設けることにより、外部接続電極１３ａの接合信頼性が十分に改善する場合等には、ダミー電極５及びダミー配線２は必須ではない。
【００９２】
次に、半導体装置５１の製造方法を説明する。図７（ａ）〜（ｆ）と、図８（ａ）〜（ｅ）は、半導体装置５１の製造工程を示す模式的な断面図である。図６（ａ）及び（ｂ）の半導体装置５１は、図１（ａ）及び（ｂ）の半導体装置５０にダミー電極５及びダミー配線２が追加された構造であるから、製造方法についても、これらを形成する点が相違する。従って、以下には、相違点を主に説明する。
【００９３】
図７（ａ）の工程において、配線層絶縁膜３内に、アルミニウム、銅等からなる信号配線１を形成することに加えて、同様の材料からなるダミー配線２を形成する。次に、信号配線１上に、アルミニウム等からなる配線電極４を形成することに加えて、同様の材料からなるダミー電極５を形成する。このとき、ダミー電極５は、配線層絶縁３内にも一部が入り込むように形成される。
【００９４】
このように、ダミー電極５及びダミー配線２は、配線電極４及び信号配線１を形成する工程において同時に形成できるので、工程数は増加しない。
【００９５】
更に、配線電極４の直上及びダミー電極５の直上を除いて配線層絶縁膜３上を覆うように、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等からなる第１の絶縁膜６を形成する。
【００９６】
続いて、図７（ｂ）に示すように、第１の絶縁膜６、配線電極４及びダミー電極５の上を覆うように、有機絶縁膜（例えばポリイミド）等からなる第２の絶縁膜７を形成する。
【００９７】
続いて、図７（ｃ）に示すように、配線電極４上方の領域及びダミー電極５上方の領域における第２の絶縁膜７を除去して、後の工程にて配線電極接続部１０ａ及び外部電極部補強層１０ｂが形成される第１の凹部２１ａ及び第２の凹部２１ｂを形成する。
【００９８】
この後、図７（ｄ）〜（ｆ）及び図８（ａ）〜（ｅ）の各工程を行なうことにより、半導体装置５１が製造される。これらの工程は、半導体装置５０の製造工程（図４（ｄ）〜（ｆ）及び図５（ａ）〜（ｅ）に示す工程）と同様である。
【００９９】
以上により、半導体装置５１が製造される。
【０１００】
（第２の変形例）
以下に、第２の変形例の例示的半導体装置５２について説明する。図９は、半導体装置５２の断面を模式的に示す図であり、半導体装置５０の断面を示す図１（ｂ）に対応する。
【０１０１】
半導体装置５２は、半導体装置５０がワイヤボンドにより形成された外部接続電極１３ａを備えるのに代えて、半田バンプにより形成された外部接続電極１３ｂを備える。また、半導体装置５２においてパッド部１２は形成されず、封止絶縁膜１１から露出する部分の再配線１０ｃ上に直接、外部接続電極１３ｂが形成されている。その他の構成は同様であるから、図９において、図１（ａ）及び（ｂ）と同じ符号を付している。
【０１０２】
半田バンプによる外部接続電極１３ｂを形成する場合、バンプ接合時の熱応力が原因となって、層間剥離、クラック等の接続不良が生じる場合がある。これに対し、半導体装置５２では、外部接続電極１３ｂが接合される位置の下方における再配線１０ｃの下に、外部電極部補強層１０ｂを配置している。これにより、応力に耐えられる強固な構造を実現することができ、また、再配線層と絶縁膜との熱による膨張の差によって生じる層間剥離、クラック等を抑制することができる。この結果、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１０３】
このような効果は、半導体装置５０に関して説明したのと同様に、再配線１０ｃの厚さが１μｍ以上で且つ第２の絶縁膜７の厚さの４倍未満の場合に、顕著に発揮される。
【０１０４】
尚、半導体装置５２を外部基板等に実装する際、半田バンプである外部接続電極１３ｂを利用するフリップチップ接合を行ない、半導体装置５２と外部基板等との間にアンダーフィル封止樹脂を設けても良い。この場合、封止絶縁膜１１は必須ではない。ここで、アンダーフィル封止樹脂は、例えば、エポキシ樹脂等である。
【０１０５】
また、外部接続電極１３ｂの直径としては、３０μｍ以上で且つ４００μｍ以下程度の範囲であることが好ましい。
【０１０６】
半導体装置５２を製造するためには、図１（ａ）及び（ｂ）の半導体装置５０の製造工程において、ワイヤボンドによる外部接続電極１３ａの代りに半田バンプによる外部接続電極１３ｂを形成すればよい。
【０１０７】
つまり、半導体装置５０の製造方法として説明したのと同様に、図４（ａ）〜（ｆ）及び図５（ａ）〜（ｃ）の工程を行なう。これにより、図５（ｃ）に示す通り、外部電極部補強層１０ｂの上方において、再配線１０ｃの上面が封止絶縁膜１１から露出した構造が得られる。
【０１０８】
次に、封止絶縁膜１１から露出した再配線１０ｃ上に、半田バンプを形成して外部接続電極１３ｂとする。これにより、図９に示す半導体装置５２が製造される。
【０１０９】
尚、半田バンプの形成方法としては、ボール搭載方式（フラックスを塗布した後、半田ボールを搭載して熱溶融させる）、半田印刷方式（半田ペーストを再配線１０ｃ上に印刷塗布し、熱溶融させる）、半田メッキ方式（電界メッキにより形成する）等がある。ボール搭載方式及び半田印刷方式は外部端子ピッチが最小０．２ｍｍまでの場合に主に使用し、半田メッキ方式は外部端子ピッチが０．３ｍｍ以下の場合に主に使用する。
【０１１０】
（第３の変形例）
以下に、第３の変形例の例示的半導体装置５３について説明する。図１０は、半導体装置５３を模式的に示す断面図であり、第１の変形例における図６（ｂ）に対応する。
【０１１１】
図１０に示す通り、半導体装置５３は、第１の変形例の半導体装置５１がワイヤボンドにより形成された外部接続電極１３ａを備えるのに代えて、半田バンプにより形成された外部接続電極１３ｂを備える。また、半導体装置５２においてパッド部１２は形成されず、封止絶縁膜１１から露出する部分の再配線１０ｃ上に直接、外部接続電極１３ｂが形成されている。ダミー電極５及びダミー配線２は、半導体装置５１に関して説明したのと同様の構成を有する。
【０１１２】
あるいは、第２の変形例の半導体装置５２の構成に加えて、外部電極部補強層１０ｂの下に、ダミー電極５及びダミー配線２を備えていると考えても良い。
【０１１３】
半田バンプからなる外部接続電極１３ｂを備える場合に、ダミー電極５及びダミー配線２が形成されていると、外部接続電極１３ｂの下方の構造が更に強固になる。従って、外部接続電極１３ｂを形成する際の熱応力に起因する層間剥離、クラック等の接続不良を抑制し、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１１４】
また、外部電極部補強層１０ｂの下方にトランジスタ等の内部素子が存在する場合、ダミー電極５及びダミー配線２は、当該内部素子へのダメージを抑制する効果も有する。
【０１１５】
また、半導体装置５３は、第１の変形例において説明したのと同様の外部電極接続ＧＮＤ部１４を備えていても良いし、高発熱部１５及び外部電極接続放熱部１６を備えていても良い。外部接続電極１３ｂが半田バンプからなる場合にも、これらを備えることができる。
【０１１６】
半導体装置５３を製造するためには、第１の変形例の半導体装置５１の製造工程において、ワイヤボンドによる外部接続電極１３ａの代りに半田バンプによる外部接続電極１３ｂを形成すればよい。
【０１１７】
つまり、第１の変形例にて説明したのと同様に、図７（ａ）〜（ｆ）及び図８（ａ）〜（ｃ）の工程を行なう。これにより、図８（ｃ）に示す通り、外部電極部補強層１０ｂの上方において、再配線１０ｃの上面が封止絶縁膜１１から露出した構造が得られる。
【０１１８】
次に、封止絶縁膜１１から露出した再配線１０ｃ上に、半田バンプを形成して外部接続電極１３ｂとする。これにより、図１０に示す半導体装置５３が製造される。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本開示の半導体装置及びその製造方法は、高い性能及び信頼性を実現することができるので、電子機器及びこれを用いたセット、例えばパソコン、ＴＶ、携帯電話、ＢＤプレーヤー、冷蔵庫、洗濯機、電動自転車、電気自動車等、エレクトロニクス商品の電子部品としても有用である。
【符号の説明】
【０１２０】
１ 信号配線
２ ダミー配線
３ 配線層絶縁膜
４ 配線電極
５ ダミー電極
６ 第１の絶縁膜
７ 第２の絶縁膜
８ バリアメタル・シード層
９ レジスト膜
１０ 再配線層
１０ａ 配線電極接続部
１０ｂ 外部電極部補強層
１０ｃ 再配線
１１ 封止絶縁膜
１２ パッド部
１３ａ 外部接続電極
１３ｂ 外部接続電極
１４ 外部電極接続ＧＮＤ部
１５ 高発熱部
１６ 外部電極接続放熱部
２１ａ 第１の凹部
２１ｂ 第２の凹部
５０ 半導体装置
５０ａ 半導体装置
５１ 半導体装置
５２ 半導体装置
５３ 半導体装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線層絶縁膜内に形成された信号配線と、
前記配線層絶縁膜上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜内で且つ前記信号配線上に形成された配線電極と、
前記絶縁膜内で且つ前記配線電極上に形成された第１の金属層と、
前記絶縁膜上に形成され、前記第１の金属層の上面に接続された金属配線と、
前記金属配線上に形成された外部接続電極と、
前記絶縁膜内で且つ前記外部接続電極の下方に形成され、前記金属配線の下面に接続された第２の金属層とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第２の金属層は、前記信号配線の側から前記金属配線の側に向かって広がるテーパー形状の断面を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体装置において、
前記第１の金属層及び前記第２の金属層の側面及び下面と、前記金属配線の下面とを覆うように形成された第３の金属層を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置において、
前記絶縁膜内で且つ前記外部接続電極の下方に形成され、前記第２の金属層の下面に接続されたダミー電極を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置において、
前記配線層絶縁膜内で且つ前記外部接続電極の下方に形成され、前記ダミー電極の下方に接続されたダミー配線を更に備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置において、
前記絶縁膜は、前記配線電極の周囲を埋め込む第１の絶縁膜と、前記第１の金属層及び前記第２の金属層の周囲を埋め込む第２の絶縁膜を含んでいることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置において、
前記第１の絶縁膜は窒化シリコン膜又は酸化シリコン膜であり、
前記第２の絶縁膜は有機絶縁膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体装置において、
前記金属配線上を覆い且つ前記外部接続電極を露出させるように形成された封止絶縁膜を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体装置において、
前記外部接続電極は、ボンディングワイヤーであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体装置において、
前記外部接続電極は、はんだバンプであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体装置において、
前記外部接続電極を複数備えると共に、
前記複数の外部接続電極のうちの２つ以上が接続された外部接続電極ＧＮＤ部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の半導体装置において、
前記外部接続電極を複数備えると共に、
前記複数の外部接続電極のうちの２つ以上が接続された放熱部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体装置において、
平面視において、前記第２の金属層の外径は、前記外部接続電極の外径の０．８倍以上で且つ３倍以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
配線層絶縁膜内に信号配線を形成する工程（ａ）と、
前記信号配線上に配線電極を形成する工程（ｂ）と、
前記配線層絶縁膜上に形成され、前記信号電極を露出させる第１の凹部及び他の位置に設けられた第２の凹部を有する絶縁膜を形成する工程（ｃ）と、
前記第１の凹部を埋め込む第１の金属層及び前記第２の凹部を埋め込む第２の金属層と、前記絶縁膜上に形成され且つ前記第１の金属層及び前記第２の金属層に接続された金属配線を形成する工程（ｄ）と、
前記第２の金属層の上方において、前記金属配線上に外部接続電極を形成する工程（ｅ）とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）において、前記配線電極に加えてダミー電極を形成し、
前記工程（ｃ）において、前記第２の凹部を前記ダミー電極の上方に配置することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ａ）において、前記信号配線に加えてダミー配線を形成し、
前記工程（ｃ）において、前記第２の凹部を前記ダミー配線の上方に配置することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれか１つに記載の半導体装置において、
前記工程（ｃ）は、
前記信号電極上面を露出させる前記第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に前記第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜のうちの所定領域を除去して前記第１の凹部及び前記第２の凹部を形成す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。
【請求項１】
配線層絶縁膜内に形成された信号配線と、
前記配線層絶縁膜上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜内で且つ前記信号配線上に形成された配線電極と、
前記絶縁膜内で且つ前記配線電極上に形成された第１の金属層と、
前記絶縁膜上に形成され、前記第１の金属層の上面に接続された金属配線と、
前記金属配線上に形成された外部接続電極と、
前記絶縁膜内で且つ前記外部接続電極の下方に形成され、前記金属配線の下面に接続された第２の金属層とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第２の金属層は、前記信号配線の側から前記金属配線の側に向かって広がるテーパー形状の断面を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体装置において、
前記第１の金属層及び前記第２の金属層の側面及び下面と、前記金属配線の下面とを覆うように形成された第３の金属層を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置において、
前記絶縁膜内で且つ前記外部接続電極の下方に形成され、前記第２の金属層の下面に接続されたダミー電極を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置において、
前記配線層絶縁膜内で且つ前記外部接続電極の下方に形成され、前記ダミー電極の下方に接続されたダミー配線を更に備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置において、
前記絶縁膜は、前記配線電極の周囲を埋め込む第１の絶縁膜と、前記第１の金属層及び前記第２の金属層の周囲を埋め込む第２の絶縁膜を含んでいることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置において、
前記第１の絶縁膜は窒化シリコン膜又は酸化シリコン膜であり、
前記第２の絶縁膜は有機絶縁膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体装置において、
前記金属配線上を覆い且つ前記外部接続電極を露出させるように形成された封止絶縁膜を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体装置において、
前記外部接続電極は、ボンディングワイヤーであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体装置において、
前記外部接続電極は、はんだバンプであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体装置において、
前記外部接続電極を複数備えると共に、
前記複数の外部接続電極のうちの２つ以上が接続された外部接続電極ＧＮＤ部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の半導体装置において、
前記外部接続電極を複数備えると共に、
前記複数の外部接続電極のうちの２つ以上が接続された放熱部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体装置において、
平面視において、前記第２の金属層の外径は、前記外部接続電極の外径の０．８倍以上で且つ３倍以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
配線層絶縁膜内に信号配線を形成する工程（ａ）と、
前記信号配線上に配線電極を形成する工程（ｂ）と、
前記配線層絶縁膜上に形成され、前記信号電極を露出させる第１の凹部及び他の位置に設けられた第２の凹部を有する絶縁膜を形成する工程（ｃ）と、
前記第１の凹部を埋め込む第１の金属層及び前記第２の凹部を埋め込む第２の金属層と、前記絶縁膜上に形成され且つ前記第１の金属層及び前記第２の金属層に接続された金属配線を形成する工程（ｄ）と、
前記第２の金属層の上方において、前記金属配線上に外部接続電極を形成する工程（ｅ）とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）において、前記配線電極に加えてダミー電極を形成し、
前記工程（ｃ）において、前記第２の凹部を前記ダミー電極の上方に配置することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ａ）において、前記信号配線に加えてダミー配線を形成し、
前記工程（ｃ）において、前記第２の凹部を前記ダミー配線の上方に配置することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれか１つに記載の半導体装置において、
前記工程（ｃ）は、
前記信号電極上面を露出させる前記第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に前記第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜のうちの所定領域を除去して前記第１の凹部及び前記第２の凹部を形成す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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１８６３６６（Ｐ２０１２−１８６３６６Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４９１９３（Ｐ２０１１−４９１９３）
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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