(57)【要約】【課題】  柱状電極上に半田バンプが形成された半導体装置において、柱状電極の平面サイズが異なっても、同一径の半田ボールを用いて、全ての半田バンプの高さを均一にする。【解決手段】  柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、縦方向の長さが同じで縦方向に直交する横方向の長さが異なる平面方形状であって、縦方向に同一ピッチで配置されている。そして、柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの上面に同一径の半田ボール２５を柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの平面サイズに応じて３個、６個、８個、９個搭載する。次に、リフロー処理を行うと、それぞれ複数個の半田ボール２５が溶融して互いに融合することにより、柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの上面に半田バンプが均一な高さとなるように形成される。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に平面サイズが異なる複数の平面方形状の外部接続用電極が形成されたものを準備する工程と、
前記各外部接続用電極上に同一径の半田ボールを前記各外部接続用電極の平面サイズに応じてそれぞれ複数個搭載する工程と、
リフロー処理により前記各外部接続用電極上に均一な高さの半田バンプを形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、前記外部接続用電極は一方向の長さが同じで一方向に直交する他方向の長さが異なる平面方形状であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の発明において、前記外部接続用電極は一方向に同一ピッチで配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の発明において、前記外部接続用電極は前記半導体基板上に点対称に配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記各外部接続用電極の平面サイズはそれぞれ搭載される前記半田ボールの個数に応じた平面サイズであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の発明において、前記各外部接続用電極の当初の平面サイズを設計希望値とし、この設計希望値に対応する前記半田ボールの個数を求め、この半田ボールの個数に応じた前記各外部接続用電極の実際の平面サイズを求めることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の発明において、前記外部接続用電極は柱状電極であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の発明において、前記柱状電極の周囲に封止膜が形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置には、半導体基板上に平面円形状の複数の外部接続用電極が設けられ、外部接続用電極上に半田バンプが設けられたものがある（例えば、特許文献１参照）。この場合、半導体装置の回路基板上への接合の信頼性を高めるために、半導体基板上の４隅に設けられた外部接続用電極およびその上に設けられた半田バンプの平面サイズは、それ以外の領域に設けられた通常の外部接続用電極およびその上に設けられた通常の半田バンプの平面サイズよりも大きくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２４３７７５号公報
【０００４】
ところで、上記従来の半導体装置の製造方法では、同一径の半田ボールを準備し、半導体基板上の４隅に設けられた特別の外部接続用電極上に半田ボールを４個搭載し、それ以外の領域に設けられた通常の外部接続用電極上に半田ボールを１個搭載し、リフロー処理により、通常の外部接続用電極上に通常の平面サイズの半田バンプを形成し、特別の外部接続用電極上に平面サイズがそれよりも大きい特別の半田バンプを形成している（特許文献１の図５参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の半導体装置の製造方法では、半導体装置の回路基板上への接合の信頼性を高めるために、外部接続用電極の平面サイズを２種類とし、通常の外部接続用電極上に半田ボールを１個搭載し、特別の外部接続用電極上に半田ボールを４個搭載することにより、同一径の半田ボールを用いて、特別の半田バンプの高さを通常の半田バンプの高さと等しくすることは可能である。しかしながら、何らかの理由により、外部接続用電極の平面サイズの種類がより多くなった場合には、同一径の半田ボールを用いて、全ての半田バンプの高さを均一にすることは困難である。
【０００６】
そこで、この発明は、外部接続用電極の平面サイズの種類がより多くなっても、同一径の半田ボールを用いて、全ての半田バンプの高さを均一にすることができる半導体装置の製造方法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】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、半導体基板上に平面サイズが異なる複数の平面方形状の外部接続用電極が形成されたものを準備する工程と、前記各外部接続用電極上に同一径の半田ボールを前記各外部接続用電極の平面サイズに応じてそれぞれ複数個搭載する工程と、リフロー処理により前記各外部接続用電極上に均一な高さの半田バンプを形成する工程と、を有することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記外部接続用電極は一方向の長さが同じで一方向に直交する他方向の長さが異なる平面方形状であることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記外部接続用電極は一方向に同一ピッチで配置されていることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記外部接続用電極は前記半導体基板上に点対称に配置されていることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記各外部接続用電極の平面サイズはそれぞれ搭載される前記半田ボールの個数に応じた平面サイズであることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記各外部接続用電極の当初の平面サイズを設計希望値とし、この設計希望値に対応する前記半田ボールの個数を求め、この半田ボールの個数に応じた前記各外部接続用電極の実際の平面サイズを求めることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記外部接続用電極は柱状電極であることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記柱状電極の周囲に封止膜が形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、各外部接続用電極上に同一径の半田ボールを各外部接続用電極の平面サイズに応じてそれぞれ複数個搭載することにより、外部接続用電極の平面サイズの種類がより多くなっても、同一径の半田ボールを用いて、全ての半田バンプの高さを均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の製造方法により製造された半導体装置の一例の平面図。
【図２】図１のII−II線に沿う部分の断面図。
【図３】図１に示す半導体装置の製造に際し、当初準備したものの一部の平面図。
【図４】図３のIV−IV線に沿う部分の断面図。
【図５】半田ボール搭載用のメタルマスクの一部の平面図。
【図６】図５に続く工程の平面図。
【図７】図３に続く工程の平面図。
【図８】図７のVIII−VIII線に沿う部分の断面図。
【図９】図８に続く工程の断面図。
【図１０】平面円形状の柱状電極の上面に１個の半田ボールを用いて平面円形状の半田バンプを形成する場合を説明するために示す断面図。
【図１１】柱状電極を平面円形状ではなく平面方形状とする理由を説明するために示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１はこの発明の製造方法により製造された半導体装置の一例の平面図を示し、図２は図１のII−II線に沿う部分の断面図を示す。まず、図２を参照して説明する。この半導体装置は平面正方形状のシリコン基板（半導体基板）１を備えている。シリコン基板１の上面には所定の機能の集積回路を構成する素子、例えば、トランジスタ、ダイオード、抵抗、コンデンサ等の素子（図示せず）が形成され、その上面周辺部には、上記集積回路の各素子に接続されたアルミニウム系金属等からなる接続パッド２が設けられている。接続パッド２は２個のみを図示するが、実際にはシリコン基板１の上面周辺部に多数配列されている。
【００１１】
接続パッド２の中央部を除くシリコン基板１の上面には酸化シリコン等からなるパッシベーション膜３が設けられ、接続パッド２の中央部はパッシベーション膜３に設けられた開口部４を介して露出されている。パッシベーション膜３の上面にはポリイミド系樹脂等からなる保護膜５が設けられている。パッシベーション膜３の開口部４に対応する部分における保護膜５には開口部６が設けられている。
【００１２】
保護膜５の上面には配線７が設けられている。配線７は、保護膜５の上面に設けられた銅等からなる下地金属層８と、下地金属層８の上面に設けられた銅からなる上部金属層９との２層構造となっている。配線７の一端部は、パッシベーション膜３および保護膜５の開口部４、６を介して接続パッド部２に接続されている。配線７の接続パッド部上面には銅からなる柱状電極（外部接続用電極）１０ａ、１０ｄが設けられている。
【００１３】
配線７および柱状電極１０ａ、１０ｄを含む保護膜５の上面にはエポキシ系樹脂等からなる封止膜１１が設けられている。この場合、柱状電極１０ａ、１０ｄは、その上面が封止膜１１の上面よりも数μｍ低くなるように設けられている。柱状電極１０ａ、１０ｄの上面には半田バンプ１２ａ、１２ｄが設けられている。
【００１４】
次に、図１を参照して説明する。柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、縦方向の長さが同じで縦方向に直交する横方向の長さが異なる平面方形状であって、縦方向に同一ピッチで配置されている。この場合、図１では、説明の都合上、柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは縦方向に４個、横方向に２個点対称に配置されている。すなわち、柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの平面サイズは横方向の長さが異なる４種類である。
【００１５】
そして、シリコン基板１上の左側には４種類の柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが上から下に向かうに従ってその横方向の長さが漸次長くなるように配置されている。シリコン基板１上の右側には４種類の柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが下から上に向かうに従ってその横方向の長さが漸次長くなるように配置されている。各柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの上面には半田バンプ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが均一な高さとなるように設けられている。
【００１６】
次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図３および図４に示すものを準備する。この場合、図３はウエハ状態のシリコン基板（以下、半導体ウエハ２１という）の一部つまり２×２＝４個の半導体装置を形成するための領域の平面図を示し、図４は図３のIV−IV線に沿う部分の断面図を示す。なお、図３および図４において、符号２２で示す領域はダイシングストリートに対応する領域である。
【００１７】
この準備したものでは、半導体ウエハ２１上に、所定の機能の集積回路を構成する素子（図示せず）、接続パッド２、パッシベーション膜３、保護膜５、下地金属層８および上部金属層９からなる２層構造の配線７、柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄおよび封止膜１１が形成されている。この場合、柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、その上面が封止膜１１の上面よりも数μｍ低くなるように形成されている。
【００１８】
この場合、図３に示すように、柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、縦方向の長さが同じで縦方向に直交する横方向の長さが異なる平面方形状であって、縦方向に同一ピッチで配置されている。また、縦横のダイシングストリート２２で囲まれた各半導体装置形成領域内においては、柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは縦方向に４個横方向に２個点対称に配置されている。すなわち、柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの平面サイズは横方向の長さが異なる４種類である。
【００１９】
そして、縦横のダイシングストリート２２で囲まれた半導体装置形成領域内の左側には４種類の柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが上から下に向かうに従ってその横方向の長さが漸次長くなるように配置されている。縦横のダイシングストリート２２で囲まれた半導体装置形成領域内の右側には４種類の柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが下から上に向かうに従ってその横方向の長さが漸次長くなるように配置されている。
【００２０】
次に、図５に示す半田ボール搭載用のメタルマスク２３を準備する。このメタルマスク２３は、点線で示す柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに対応する方形状の領域に同一の円形状の開口部２４が後述する理由から３個、６個、８個、９個千鳥状に形成された構造となっている。そして、このメタルマスク２３を用いて開口部２４の直径よりもやや小さいサイズの同一径の半田ボールを柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの上面に搭載すると、図６に示すように、柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの上面に同一径の半田ボール２５が３個、６個、８個、９個千鳥状に搭載される。
【００２１】
次に、リフロー処理を行うと、それぞれ複数個の半田ボール２５が溶融して互いに融合することにより、図７および図８に示すように、柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの上面に半田バンプ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが均一な高さとなるように形成される。次に、図９に示すように、封止膜１１、保護膜５、パッシベーション膜３および半導体ウエハ２１をダイシングストリート２２に沿って切断すると、図１および図２に示す半導体装置が複数個得られる。
【００２２】
次に、柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの上面に搭載する半田ボール２５の個数等について、具体例を挙げて説明する。この場合、簡単に説明すると、柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの当初の平面サイズを設計希望値とし、この設計希望値に対応する半田ボール２５の個数を求め、次いで半田バンプ１２ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの高さを均一化するために、半田ボール２５の個数に応じた柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの実際の平面サイズを求めることとする。
【００２３】
さて、図３において、柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの縦方向のピッチは５００μｍとする。柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの当初の平面サイズ（設計希望値）は、次の通りとする。
柱状電極１０ａの平面サイズは４００×２５０μｍ
柱状電極１０ｂの平面サイズは７７０×２５０μｍ
柱状電極１０ｃの平面サイズは１０５０×２５０μｍ
柱状電極１０ｄの平面サイズは１１８０×２５０μｍ
【００２４】
すると、柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの上面の面積は次の通りとなる。
柱状電極１０ａの上面の面積は１０００００μｍ２
柱状電極１０ａの上面の面積は１９２５００μｍ２
柱状電極１０ｃの上面の面積は２６２５００μｍ２
柱状電極１０ｄの上面の面積は２９５０００μｍ２
【００２５】
次に、柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの上面の方形状の面積を円形状の面積に換算すると、円形状の面積の直径は次の通りとなる。
柱状電極１０ａに対応する円形状の面積の直径は３５６．８μｍ
柱状電極１０ｂに対応する円形状の面積の直径は４９５．０６μｍ
柱状電極１０ｃに対応する円形状の面積の直径は５７８．１２μｍ
柱状電極１０ｄに対応する円形状の面積の直径は６１２．８３μｍ
【００２６】
次に、図１０に示すように、平面円形状の柱状電極１０の上面に１個の半田ボールを用いて平面円形状の半田バンプ１２をその高さｈが８０μｍとなるように形成するとした場合において、柱状電極１０の円形状の面積の直径が上述の如く３５６．８μｍ、４９５．０６μｍ、５７８．１２μｍ、６１２．８３μｍであるときの１個の半田ボールの直径Ｄを求める。この場合、柱状電極１０は、その上面が封止膜１１の上面よりもＨだけ低くなるように設けられている。
【００２７】
直径Ｄの半田ボールの体積Ｖ１は４／３×π（Ｄ／２）３となる。図１０において、平面円形状の柱状電極１０の半径をｒとすると、封止膜１１の上面よりも上側における半田バンプ１２の体積Ｖ２はπｈ（３ｒ２＋ｈ２）／６となる。図１０において、封止膜１１の上面よりも下側における半田バンプ１２の体積Ｖ３はπｒ２Ｈとなる。半田バンプ１２の全体の体積Ｖ４（＝Ｖ１）はＶ２＋Ｖ３となる。
【００２８】
この式から、平面円形状の柱状電極１０の直径（２ｒ）が上述の如く３５６．８μｍ、４９５．０６μｍ、５７８．１２μｍ、６１２．８３μｍであるときの１個の半田ボールの直径Ｄを求めると、次の通りとなる。
柱状電極１０ａに対応する１個の半田ボールの直径Ｄは２０６μｍ
柱状電極１０ｂに対応する１個の半田ボールの直径Ｄは２５４μｍ
柱状電極１０ｃに対応する１個の半田ボールの直径Ｄは２８０μｍ
柱状電極１０ｄに対応する１個の半田ボールの直径Ｄは２９１μｍ
【００２９】
図６に示す半田ボール２５の直径を１４０μｍとすると、その体積は１４３６７５５．０４μｍ３となる。１個〜１０個の半田ボール２５の合計体積は、次の通りとなる。
１個の半田ボール２５の合計体積は１４３６７５５．０４μｍ３
２個の半田ボール２５の合計体積は２８７３５１０．０８μｍ３
３個の半田ボール２５の合計体積は４３１０２６５．１２１μｍ３
４個の半田ボール２５の合計体積は５７４７０２０．１６１μｍ３
５個の半田ボール２５の合計体積は７１８３７７５．２０１μｍ３
６個の半田ボール２５の合計体積は８６２０５３０．２４１μｍ３
７個の半田ボール２５の合計体積は１００５７２８５．２８μｍ３
８個の半田ボール２５の合計体積は１１４９４０４０．３２μｍ３
９個の半田ボール２５の合計体積は１２９３０７９５．３６μｍ３
１０個の半田ボール２５の合計体積は１４３６７５５０．４μｍ３
【００３０】
次に、１個〜１０個の半田ボール２５の合計体積に対応する体積の１個の半田ボールの直径を求めると、次の通りとなる。
１個の半田ボール２５では１４０μｍ
２個の半田ボール２５では１７６．３８８９４７μｍ
３個の半田ボール２５では２０１．９１４９３９８μｍ
４個の半田ボール２５では２２２．２３６１４７３μｍ
５個の半田ボール２５では２３９．３９６６３２５μｍ
６個の半田ボール２５では２５４．３９６８８３μｍ
７個の半田ボール２５では２６７．８１０３６５６μｍ
８個の半田ボール２５では２８０μｍ
９個の半田ボール２５では２９１．２１１７３５２μｍ
１０個の半田ボール２５では３０１．６２０８５６６μｍ
【００３１】
ここで、柱状電極１０ａに対応する１個の半田ボールの直径Ｄは２０６μｍであるので、３個の半田ボール２５を用いた場合の直径２０１．９１４９３９８μｍに近く、したがって柱状電極１０ａ上には半田ボール２５を３個搭載することとする。柱状電極１０ｂに対応する１個の半田ボールの直径Ｄは２５４μｍであるので、６個の半田ボール２５を用いた場合の直径２５４．３９６８８３μｍに近く、したがって柱状電極１０ｂ上には半田ボール２５を３個搭載することとする。
【００３２】
柱状電極１０ｃに対応する１個の半田ボールの直径Ｄは２８０μｍであるので、８個の半田ボール２５を用いた場合の直径２８０μｍと同じであり、したがって柱状電極１０ｃ上には半田ボール２５を８個搭載することとする。柱状電極１０ｄに対応する１個の半田ボールの直径Ｄは２９１μｍであるので、９個の半田ボール２５を用いた場合の直径２９１．２１１７３５２μｍに近く、したがって柱状電極１０ｄ上には半田ボール２５を９個搭載することとする。
【００３３】
次に、半田ボール２５を３個、６個、８個、９個用いて平面円形状で高さ８０μｍの半田バンプ１２を得るための平面円形状の柱状電極１０の直径を求めると、次の通りとなる。
３個の半田ボール２５では３４６μｍ
６個の半田ボール２５では４９７μｍ
８個の半田ボール２５では５７６μｍ
９個の半田ボール２５では６１２μｍ
【００３４】
次に、平面円形状の柱状電極１０の上面の面積を求めると、次の通りとなる。
３個の半田ボール２５では９３９８８μｍ
６個の半田ボール２５では１９４１９８μｍ
８個の半田ボール２５では２６０８２０μｍ
９個の半田ボール２５では２９４３０２μｍ
【００３５】
次に、この平面円形状の柱状電極１０の上面の面積を縦方向の長さが２５０μｍの方形状の面積に換算した場合における当該方形状の面積の横方向の長さを求めると、次の通りとなる。
３個の半田ボール２５では３７６μｍ
６個の半田ボール２５では７７７μｍ
８個の半田ボール２５では１０４３μｍ
９個の半田ボール２５では１１７７μｍ
【００３６】
そこで、柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの実際の平面サイズを次の通りとすると、実際の平面サイズを希望設計値に近い値としながら、半田バンプ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの高さを８０μｍに近い高さで均一化することができる。
柱状電極１０ａの平面サイズは３７６×２５０μｍ
柱状電極１０ｂの平面サイズは７７７×２５０μｍ
柱状電極１０ｃの平面サイズは１０４３×２５０μｍ
柱状電極１０ｄの平面サイズは１１７７×２５０μｍ
【００３７】
ところで、図６において、半田ボール２５として直径１４０μｍのものを用いた場合、半田ボール２５間の隙間は５８.５μｍとなり、既存の半田ボール搭載装置を用いての半田ボール搭載が可能である。したがって、この場合には、図５に示すメタルマスク２３を準備すればよいことになる。
【００３８】
ここで、柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを平面円形状ではなく平面方形状としている理由について説明する。平面円形状の柱状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄをその上面の面積が同一の平面円形状の柱状電極に換算した場合には、図１１に示すように、平面円形状の柱状電極３１の一部に互いに重なり合う部分が生じ、非現実的なものとなってしまうからである。
【符号の説明】
【００３９】
１  シリコン基板
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ  柱状電極
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ  半田バンプ
２１  半導体ウエハ
２２  ダイシングストリート
２３  メタルマスク
２４  開口部
２５  半田ボール
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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