(57)【要約】【課題】樹脂ポストの角部における配線層の折れ曲がり箇所に応力が集中することを防止し、構造体と配線層の界面における剥離やクラックの発生を抑制し、配線層の機械的強度を向上させた半導体装置を提供する。【解決手段】本発明に係る半導体装置１Ａ（１）は、少なくとも一面に電極３を備えた半導体基板２と、前記半導体基板の一面を覆うように配された絶縁樹脂層４と、前記絶縁樹脂層上に配され、その頂部が平坦部５ａとなされた突起状の構造体５と、前記絶縁樹脂層上に配され、一端部が前記電極と電気的に接続された第一導電層６ａと、前記構造体の前記平担部に配された第二導電層６ｂと、前記構造体の側面部５ｂに線状をなして配され、前記第一導電層の他端部と前記第二導電層とを電気的に接続する第三導電層６ｃと、前記構造体の前記平坦部と前記側面部とに跨る両者の第一境界部５ｃを覆うように設けられた第一補強層７と、を少なくとも備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一面に電極を備えた半導体基板と、
前記半導体基板の一面を覆うように配された絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層上に配され、その頂部が平坦部となされた突起状の構造体と、
前記絶縁樹脂層上に配され、一端部が前記電極と電気的に接続された第一導電層と、
前記構造体の前記平担部に配された第二導電層と、
前記構造体の側面部に線状をなして配され、前記第一導電層の他端部と前記第二導電層とを電気的に接続する第三導電層と、
前記構造体の前記平坦部と前記側面部とに跨る両者の第一境界部を覆うように設けられた第一補強層と、を少なくとも備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記構造体の前記側面部と前記絶縁樹脂層に跨る両者の第二境界部を覆うように設けられた第二補強層を、さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第一補強層及び／又は第二補強層は、前記第一境界部および／または前記第二境界部において、前記第三導電層の端部より分岐するように配されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第一補強層及び／又は第二補強層は、環状をなして配されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第一補強層及び／又は第二補強層は、前記第二導電層と同一部材からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第一補強層及び／又は第二補強層と前記第三導電層とは、連続体をなすことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に係り、より詳細には、樹脂ポストの角部における配線層の折れ曲がり箇所に応力が集中するのを防止できる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体パッケージ、例えば、シリコンチップを樹脂により封止した、いわゆるデュアル・インライン・パッケージ（Dual Inline Package） やクァド・フラット・パッケージ（Quad Flat Package） では、樹脂パッケージの側面部や周辺部に金属リードを配置した周辺端子配置型が主流である。
【０００３】
これに対し、ＣＳＰ（チップスケールパッケージ）、特に「ウエハレベルＣＳＰ（ＷＬＣＳＰ）」と呼ばれる半導体パッケージでは、ウエハ上に、絶縁樹脂層、導電層、封止層などを形成し、さらにはんだバンプを形成した後、ダイシングにより複数のチップを得る。
【０００４】
ＷＬＣＳＰでは、前記チップがそのままのサイズでパッケージの施された半導体チップとなるため、その占有面積を狭くすることができ、高密度実装が可能である。ＷＬＣＳＰは、半導体チップに形成されたはんだバンプを用いて外部の回路基板に実装される。この種の半導体チップには、「ポスト」と呼ばれる導電性の柱状部材を設け、この柱状部材の端面に端子部を形成した構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図４に、従来の、樹脂ポストを有するＷＬＣＳＰの代表的な構造を示す（例えば、特許文献１参照。）。なお、図４（ａ）は半導体装置１００の一構成例を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は樹脂ポスト１０４の近辺を示す斜視図である。図４において従来のＷＬＣＳＰと異なる点は、はんだバンプ１０６の真下側に樹脂ポスト１０４が形成されていることである。樹脂ポスト１０４は、絶縁樹脂層１０３の上面に形成され、再配線層１０３が樹脂ポスト１０４の一部または全てを被覆している。実装基板の熱膨張及び収縮時にこの樹脂ポスト１０４が応力緩和層として働き、パッケージの信頼性が向上すると考えられている。
【０００６】
しかしながら、再配線層１０５が樹脂ポスト１０４を全て被覆する図４のような形状においては、熱膨張、収縮時に再配線層１０５が樹脂ポスト１０４の変形に追従できず、樹脂ポスト−配線間の界面剥離や再配線のクラックといった問題が発生している。
【０００７】
また、図５に示すように、樹脂ポスト１０４を全て再配線層１０５で被覆するのではなく、再配線層１０５ではんだバンプ１０４と電極１０２を結ぶ構造も考案されているが（例えば、特許文献２参照。）、樹脂ポスト１０４の角部（樹脂ポストの上面部と側面部との境界部）で再配線層１０５が折れ曲がった形状となるため、再配線層１０５の折れ曲がり箇所に応力が集中し、再配線層１０５の機械的強度が低下する問題が発生する。
【特許文献１】特開２００２−２８０４７６号公報
【特許文献２】特開２００５−１７５３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、樹脂ポストの角部における配線層の折れ曲がり箇所に応力が集中することを防止し、構造体と配線層の界面における剥離やクラックの発生を抑制し、配線層の機械的強度を向上させた半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の半導体装置は、少なくとも一面に電極を備えた半導体基板と、前記半導体基板の一面を覆うように配された絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に配され、その頂部が平坦部となされた突起状の構造体と、前記絶縁樹脂層上に配され、一端部が前記電極と電気的に接続された第一導電層と、前記構造体の前記平担部に配された第二導電層と、前記構造体の側面部に線状をなして配され、前記第一導電層の他端部と前記第二導電層とを電気的に接続する第三導電層と、前記構造体の前記平坦部と前記側面部とに跨る両者の第一境界部を覆うように設けられた第一補強層と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の半導体装置は、請求項１において、前記構造体の前記側面部と前記絶縁樹脂層に跨る両者の第二境界部を覆うように設けられた第二補強層を、さらに備えたことを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の半導体装置は、請求項１または２において、前記第一補強層及び／又は第二補強層は、前記第一境界部および／または前記第二境界部において、前記第三導電層の端部より分岐するように配されていることを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の半導体装置は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記第一補強層及び／又は第二補強層は、環状をなして配されていることを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の半導体装置は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記第一補強層及び／又は第二補強層は、前記第二導電層と同一部材からなることを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の半導体装置は、請求項４において、前記第一補強層及び／又は第二補強層と前記第三導電層とは、連続体をなすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体装置では、構造体（樹脂ポスト）の平坦部と側面部とに跨る両者の第一境界部を覆うように第一補強層を配しているので、構造体の変形を部分的に抑制することができる。これにより前記構造体の角部における導電層の折れ曲がり箇所に応力が集中することを防止することができる。その結果、本発明では、構造体と導電層の界面における剥離やクラックの発生を抑制し、導電層の機械的強度を向上させた半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る半導体装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
＜第一実施形態＞
図１は、本発明に係る半導体装置の一例を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は樹脂ポストの近辺を示す斜視図である。
本発明の半導体装置１Ａ（１）は、少なくとも一面に電極３を備えた半導体基板２と、前記半導体基板２の一面を覆うように配された絶縁樹脂層４と、前記絶縁樹脂層４上に配され、その頂部が平坦部５ａとなされた突起状の樹脂ポスト（構造体）５と、前記絶縁樹脂層４上に配され、一端部が前記電極３と電気的に接続された第一導電層６ａと、前記樹脂ポスト５の前記平担部５ａに配された第二導電層６ｂと、前記構造体の側面部５ｂに線状をなして配され、前記第一導電層６ａの他端部と前記第二導電層６ｂとを電気的に接続する第三導電層６ｃと、前記樹脂ポスト５の前記平坦部５ａと前記側面部５ｂとに跨る両者の第一境界部５ｃを覆うように設けられた第一補強層７と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体装置１では、樹脂ポスト５の平坦部５ａと側面部５ｂとに跨る両者の第一境界部５ｃを覆うように第一補強層７を配しているので、樹脂ポスト５の変形を部分的に抑制することができる。これにより前記樹脂ポスト５の角部（樹脂ポスト５の平坦部５ａと側面部５ｂとの境界部）における導電層の折れ曲がり箇所に応力が集中することを防止することができる。その結果、本発明では、樹脂ポスト５と導電層の界面における剥離やクラックの発生を抑制し、導電層の機械的強度を向上させることができる。
【００１４】
半導体基板２は、シリコンウエハ等の半導体ウエハでもよく、半導体ウエハをチップ寸法に切断（ダイシング）した半導体チップであってもよい。半導体基板２が半導体チップである場合は、まず、半導体ウエハの上に、各種半導体素子やＩＣ、誘導素子等を複数組、形成した後、チップ寸法に切断することで複数の半導体チップを得ることができる。
【００１５】
電極３は、半導体基板２上に形成された電子部品（図示略）に電気的に接続される電極である。この電極３は、例えば、アルミニウム、銅、クロム、チタン、金、チタン−タングステン合金等の導電性を有する金属により構成されている。
【００１６】
絶縁樹脂層４は、電極３と整合する位置に形成された開口部４ａを有する。絶縁樹脂層４は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等からなり、その厚さは例えば１〜３０μｍである。
絶縁樹脂層４は、例えば回転塗布法、印刷法、ラミネート法などにより形成することができる。また開口部４ａは、例えばフォトリソグラフィ技術を利用したパターニングなどにより形成することができる。
【００１７】
樹脂ポスト５は、絶縁樹脂層４上の所定位置に、その頂部が平坦部５ａとなされた突起状（略円錐台状）の構造体として形成された絶縁性の樹脂で、例えば、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂（シリコーン）、ノボラック樹脂等の絶縁性樹脂により構成され、特に、ポジ型感光性樹脂からなるのが好ましい。この樹脂ポスト５の形状は、例えば、高さが１０〜１００μｍ、直径が５０〜５００μｍである。
【００１８】
第一導電層６ａ乃至第三導電層６ｃは、電極３と電子部品（図示略）とを電気的に接続する再配線層である。
第一導電層６ａの一端部は、開口部４ａを介して絶縁樹脂層４を貫通し、電極３と電気的に接続されている。第一導電層６ａの他端部は、第三導電層６ｃと電気的に接続されている。
第二導電層６ｂは、はんだバンプ８を搭載するために樹脂ポスト５の平担部５ａに配される。
第三導電層６ｃは、前記樹脂ポスト５の側面部５ｂに線状をなして配され、前記第一導電層６ａの他端部と前記第二導電層６ｂとを電気的に接続する。
【００１９】
このような第一導電層６ａ乃至第三導電層６ｃは、例えば、銅、クロム、アルミニウム、チタン、金、チタン−タングステン合金等が好適に用いられ、その厚みは２〜４０μｍが好ましく、さらに好ましくは５〜２０μｍである。これにより十分な導電性が得られる。第一導電層６ａ乃至第三導電層６ｃは、例えば、電解銅めっき法等のめっき法、スパッタリング法、蒸着法、または２つ以上の方法の組み合わせにより形成することができる。
【００２０】
そして、本発明の半導体装置においては、前記樹脂ポスト５の前記平坦部５ａと前記側面部５ｂとに跨る両者の第一境界部５ｃに、第一補強層７が配されている。
本発明の半導体装置１が、従来と異なる点は、第一補強層７が、樹脂ポスト５の角部を被覆している点である。この第一補強層７が存在することにより、樹脂ポスト５の角部での導電層の折れ曲がり部（図６参照）において、導電層の面積が大きくなることで折れ曲がり形状を補強することができるため、導電層の機械的強度の低下を防ぐことができる。
【００２１】
また、第一補強層７が被覆しているのは、樹脂ポスト５の角部のみであるため、図５に示すような、再配線層が樹脂ポストを全て被覆する構造と比較して、より応力緩和の効果が期待され、また樹脂ポスト５の熱膨張、収縮が導電層（再配線層）に加える歪みの影響を低減することができる。これにより、導電層−樹脂ポスト５界面における剥離、導電層のクラック等の問題を解決できるものと考えられる。例えば、温度サイクル試験における再配線破断の発生頻度を従来の１／３以下に低減することができる。
【００２２】
第一補強層７には、例えばクロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）及びそれらの合金を用いることができる。
本実施形態の半導体装置１Ａ（１）では、第一補強層７は、前記第一境界部５ｃにおいて、前記第三導電層６ｃの第二導電層６ｂ側の端部より分岐するように配され、樹脂ポスト５の角部の一部を覆うように配されている。
第一補強層７は、第二導電層６ｂと同一部材から構成してもよい。さらに、第一補強層７と第二導電層６ｂとが、連続体をなしていてもよい。
【００２３】
なお、本発明においては、樹脂ポスト５の平坦部５ａと側面部５ｂとに跨る両者の第一境界部５ｃに配された第一補強層７に加えて、樹脂ポスト５の側面部５ｂと絶縁樹脂層４に跨る両者の第二境界部５ｄを覆うように設けられた第二補強層９を、さらに備えていてもよい。第一補強層７のみでも、本発明の効果は十分に得られるが、この第二補強層９が存在することにより、樹脂ポスト５の第二境界部５ｄにおける導電層の折れ曲がり部において、導電層の面積が大きくなることで折れ曲がり形状を補強することができるため、導電層の機械的強度の低下を防ぐことができる。これにより、応力緩和の効果がさらに期待され、また樹脂ポスト５の熱膨張、収縮が導電層に加える歪みの影響をより効果的に低減することができる。
図１に示す例では、第二補強層９は、前記第二境界部５ｄにおいて、前記第三導電層６ｃの第一導電層６ａ側の端部より分岐するように配され、樹脂ポスト５の第二境界部５ｄの一部を覆うように配されている。
【００２４】
また、第一補強層７及び／又は第二補強層９には、金属材料を用いた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、前述した金属材料の代わりに、樹脂ポスト５及び封止樹脂とは異なる樹脂を用いてもよい。例えばエポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂またはそれらの混合樹脂を用いることができる。
【００２５】
はんだバンプ８は、共晶はんだ、鉛を含まない高温はんだ等を用いることができる。はんだバンプ８は、例えば、はんだボール搭載法、電解はんだめっき法、はんだペースト印刷法、はんだペーストディスペンス法、はんだ蒸着法等により形成することができる。
【００２６】
また、半導体装置１は、前記樹脂ポスト５、および、前記導電層が埋設されるように、前記半導体基板２の一面側に配された封止樹脂層（図示略）を、さらに備えていてもよい。
封止樹脂層は、導電層、電極３および樹脂ポスト５を保護するためのもので、例えば、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂（シリコーン）等により構成され、その厚みは５〜５０μｍ程度である。
このような封止樹脂層は、例えば、感光性ポリイミド系樹脂等の感光性樹脂をフォトリソグラフィ技術によりパターニングすることによって形成することができる。なお、封止樹脂層の形成方法は、この方法に限定されるものではない。
【００２７】
＜第二実施形態＞
つぎに、本発明の第二実施形態について説明する。
図２（ａ）は本実施形態の半導体装置の一構成例を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は樹脂ポスト５の近辺を示す斜視図である。
以下、この図を参照して本発明の半導体装置の第二実施形態について説明するが、前述した第一実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
前述した半導体装置１Ａ（１）では、第一補強層７は、樹脂ポスト５の第一境界部５ｃの一部のみに配されていたが、この半導体装置１Ｂ（１）では、第一補強層７は、樹脂ポスト５の第一境界部５ｃを全て被覆するように、環状をなして配されている。
【００２８】
さらに、この半導体装置１Ｂ（１）についても、第一補強層７に加えて、樹脂ポスト５の側面部５ｂと絶縁樹脂層４に跨る両者の第二境界部５ｄを覆うように設けられた第二補強層９を、さらに備えていてもよい。これにより、応力緩和の効果がさらに期待され、また樹脂ポスト５の熱膨張、収縮が導電層に加える歪みの影響をより効果的に低減することができる。
図２に示す例では、第二補強層９は、前記第二境界部５ｄにおいて、前記第三導電層６ｃの第一導電層６ａ側の端部より分岐するように配され、樹脂ポスト５の第二境界部５ｄを全て覆うように、環状をなして配されている。
【００２９】
＜第三実施形態＞
つぎに、本発明の第三実施形態について説明する。
図３（ａ）は本実施形態の半導体装置の一構成例を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は樹脂ポスト５の近辺を示す斜視図である。
以下、この図を参照して本発明の半導体装置の第三実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
前述した半導体装置１Ａ（１）、１Ｂ（１）では、樹脂ポスト５の第一境界部５ｃのみを覆うように第一補強層７が配されていたが、この半導体装置１Ｃ（１）では、第一補強層７は、樹脂ポスト５の第一境界部５ｃに加えて、樹脂ポスト５の平坦部５ａに配された第二導電層６ｂの一部を被覆するように配されている。
【００３０】
さらに、この半導体装置１Ｃ（１）についても、第一補強層７に加えて、樹脂ポスト５の側面部５ｂと絶縁樹脂層４に跨る両者の第二境界部５ｄを覆うように設けられた第二補強層９を、さらに備えていてもよい。これにより、応力緩和の効果がさらに期待され、また樹脂ポスト５の熱膨張、収縮が導電層に加える歪みの影響をより効果的に低減することができる。
図３に示す例では、第二補強層９は、前記第二境界部５ｄにおいて、前記第三導電層６ｃの第一導電層６ａ側の端部より分岐するように配され、樹脂ポスト５の第二境界部５ｄの一部を覆うように配されている。
【００３１】
以上、本発明の半導体装置について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、前述した実施形態では、第一補強層と第二補強層の両方を備えた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第一補強層のみでも構わない。また、第一補強層と第二補強層の形状の組み合わせも、前述した例に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、樹脂ポストのような、突起状の構造体を備えた半導体装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る半導体装置の一例を示す図。
【図２】本発明に係る半導体装置の他の一例を示す図。
【図３】本発明に係る半導体装置の他の一例を示す図。
【図４】従来の半導体装置の一例を示す図。
【図５】従来の半導体装置の他の一例を示す図。
【符号の説明】
【００３４】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ（１）  半導体装置、２  半導体基板、３  電極、４  絶縁樹脂層、５  樹脂ポスト（構造体）、５ａ  平坦部、５ｂ  側面部、５ｃ  第一境界部、５ｄ  第二境界部、６ａ  第一導電層、６ｂ  第二導電層、６ｃ  第三導電層、７  第一補強層、８  はんだバンプ、９  第二補強層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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