(57)【要約】【課題】  熱硬化性を有する絶縁膜で導体ポストと封止樹脂との間隙を埋め込んで封止効果を向上させたチップサイズパッケージ型の半導体装置を提供する。【解決手段】  主面に複数の電極パッドを有する半導体基板と、半導体基板の上方に電極パッドに接続して形成された再配線と、再配線の上面の一部に接続して形成された導体ポストと、導体ポストの側面に形成された熱硬化性を有する絶縁膜と、再配線を含む半導体基板上に絶縁膜が形成された導体ポストの側面を覆うように形成された封止樹脂と、導体ポストの上面に接続して形成された外部電極と、を備えることを特徴とする半導体装置。【選択図】      図１
2006302933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面に複数の電極パッドを有する半導体基板と、
前記半導体基板の上方に前記電極パッドに接続して形成された再配線と、
前記再配線の上面の一部に接続して形成された導体ポストと、
前記導体ポストの側面に形成された熱硬化性を有する絶縁膜と、
前記再配線を含む前記半導体基板上に前記絶縁膜が形成された前記導体ポストの側面を覆うように形成された封止樹脂と、
前記導体ポストの上面に接続して形成された外部電極と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記絶縁膜は、シリコーンを材料とすることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁膜は、絶縁性を有する液状物質を材料とすることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記封止樹脂の表面に前記絶縁膜をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記絶縁膜は、シリコーンを材料とすることを特徴とする、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁膜は、絶縁性を有する液状物質を材料とすることを特徴とする、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項７】
主面に複数の電極パッドを備えた半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板の上方に前記電極パッドに接続する再配線を形成する工程と、
前記再配線の上面の一部に接続する導体ポストを形成する工程と、
前記再配線を含む前記半導体基板上に前記導体ポストを略同一の高さで覆う封止樹脂を形成する工程と、
前記導体ポストの上面に接続する外部電極を形成する工程と、
前記導体ポストの側面と前記封止樹脂との間に生じた間隙の内部に熱硬化性及び絶縁性を有する液状物質を塗布する工程と、
前記液状物質を熱処理により熱硬化させて絶縁膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記液状物質を塗布する工程は、前記封止樹脂の表面に前記液状物質を塗布し、脱泡処理により前記間隙の内部に前記液状物質を注入することを特徴とする、請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記液状物質は、シリコーンであることを特徴とする、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記液状物質を塗布する工程は、前記封止樹脂の表面に前記液状物質を塗布し、脱泡処理により前記間隙の内部に前記液状物質を注入した後に、前記封止樹脂の表面の前記液状物質を除去することを特徴とする、請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記液状物質は、シリコーンであることを特徴とする、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、特に、チップサイズパッケージ型の樹脂封止半導体装置に関する。また、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンや携帯電話に代表される携帯機器が急速に普及し、それに搭載される半導体装置の小型化、薄膜化、軽量化が要求されている。これを実現するキーテクノロジーの一つとして、半導体チップのサイズに限りなく近づけたＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）などの高密度パッケージがある。特に、封止工程をウエハ状態で行うＷ−ＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ  Ｌｅｖｅｌ  Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）は、製造コストの低減化などが期待できることから、究極の小型パッケージとして注目を集めている。
【０００３】
一般的なＷ−ＣＳＰの構造は、半導体チップの電極パッドに接続される再配線と、再配線に接続される導体ポストと、導体ポストと略同一の高さで半導体チップ上を覆う封止樹脂と、導体ポストの先端に形成される外部電極とからなっている。また、外部電極の形状により、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）タイプやＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）タイプなどが存在する。
【０００４】
チップサイズパッケージ型の半導体装置に関する発明が、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の半導体装置は、半導体基板上に形成された銅を材料とする再配線と、再配線上に形成された銅を材料とする柱状電極（導体ポスト）と、再配線を含む半導体基板上に柱状電極の外周面を覆うように形成された封止樹脂とを備えており、再配線の表面及び柱状電極の外周面には酸化銅層が形成されている。
【特許文献１】特開２００４−２２６９９（第４−７頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的なＷ−ＣＳＰでは、封止樹脂が導体ポストの外周面に直接接着される構造となっている。しかしながら、封止樹脂と導体ポストとの密着性は必ずしも十分ではなく、製造バラツキなどにより密着性が不足すると、封止樹脂が導体ポストの外周面から容易に剥離して隙間を生じてしまう。封止樹脂と導体ポストとの間に隙間を生じると、例えば、その部分からパッケージ内部に水分が進入して金属を材料とする導体ポストや再配線などの腐食を引き起こしたり、導体ポストが外力により変位して半導体チップ表面の絶縁膜などにクラックを生じたりする虞がある。
【０００６】
特許文献１に記載の半導体装置は、銅を材料とする柱状電極（導体ポスト）の外周面に酸化銅からなる密着層を形成することにより、封止樹脂と柱状電極との密着性を向上させて剥離しにくいようにしている。しかしながら、柱状電極の外周面に酸化銅を形成するには、例えば、柱状電極の表面を純銅面にするためのウエットエッチング処理工程、基板温度を所定温度で均一にするためのプリベーク処理工程、柱状電極の表面を酸化して酸化銅を形成するための本ベーク処理工程などを必要とし、工数がかかり製造コストが増大してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体装置は、主面に複数の電極パッドを有する半導体基板と、半導体基板の上方に電極パッドに接続して形成された再配線と、再配線の上面の一部に接続して形成された導体ポストと、導体ポストの側面に形成された熱硬化性を有する絶縁膜と、再配線を含む半導体基板上に絶縁膜が形成された導体ポストの側面を覆うように形成された封止樹脂と、導体ポストの上面に接続して形成された外部電極と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る半導体装置によれば、熱硬化性を有する絶縁膜、例えば、シリコーンなどで導体ポストの側面と封止樹脂との間に生じた間隙を埋め込むことにより、半導体装置の封止効果を向上させることができる。すなわち、間隙からの水分の進入を抑制して耐湿性を向上させることができ、導体ポストの外力による変位を抑制して機械的強度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置１００の一部の断面構造図である。半導体装置１００は、Ｗ−ＣＳＰの樹脂封止半導体装置であり、半導体基板１と、保護膜２及び３と、電極パッド４と、導電膜５と、再配線６と、導体ポスト７と、絶縁膜８と、封止樹脂９と、外部電極１０とを備えている。
【００１０】
半導体基板１は、その素子形成面１ａ側にトランジスタなどの半導体素子によって電子回路（図示せず）が構成されている。半導体基板１は、例えば、シリコンなどを材料としている。保護膜２は、機械的応力や不純物の進入から半導体基板１を保護するためのパッシベーション膜であり、半導体基板１の表面を覆うように形成されている。保護膜２は、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などを材料としている。電極パッド４は、半導体基板１と外部との間で電気信号のやり取りをするためのもので、素子形成面１ａ側に形成された半導体素子（図示せず）と電気的に接続されている。電極パッド４は、例えば、ＡｌやＣｕなどを材料としている。保護膜３は、耐熱性、耐薬品性に優れた特性を有する絶縁膜であり、電極パッド４の上方を除いて保護膜２上に形成されている。保護膜３は、例えば、ポリイミド樹脂などを材料としている。導電膜５は、再配線６を形成するためのシード層であると同時に、下層の電極パッド４と上層の再配線６との密着性を確保するための密着層であり、電極パッド４に接続して保護膜３上の所定位置に形成されている。導電膜５は、例えば、下層からＴｉ膜とＣｕ膜との積層構造となっている。再配線６は、電極パッド４と導体ポスト７とを接続するための金属配線で、導電膜５に積層して保護膜３上の所定位置に形成されている。再配線６は、例えば、Ｃｕなどを材料としている。導体ポスト７は、再配線６を介して電極パッド４と外部電極１０とを接続するための柱状電極で、再配線６の上面の一部に接して形成されている。再配線６は、例えば、Ｃｕなどを材料としている。絶縁膜８は、導体ポスト７と封止樹脂９との間に生じた間隙部１１を埋め込むための絶縁膜で、導体ポスト７の側面及び封止樹脂９の表面を覆うように形成されている。絶縁膜８は、例えば、シリコーンなどの熱硬化性を有する液状物質を材料としている。封止樹脂９は、保護膜３と、導電膜５と、再配線６と、側面に絶縁膜８を備える導体ポスト７とを覆う封止材で、導体ポスト７と略同一の高さに形成されている。封止樹脂９は、例えば、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を材料としている。外部電極１０は、半導体装置１００を実装基板、例えば、プリント配線基板などに接続するための端子で、導体ポスト７の頂面に接して形成されている。外部電極１０は、例えば、半田を材料としている。
【００１１】
次に、本発明の第１実施形態に係る半導体装置１００の製造方法を説明する。図２乃至３は、半導体装置１００の製造工程を簡略に示したものである。なお、Ｗ−ＣＳＰでは封止工程をウエハ状態で行うため、図２乃至３はウエハ状態での加工となる。
【００１２】
まず、図２（ａ）に示すように、ウエハ検査によって電気的特性が評価された半導体基板１を準備する。半導体基板１は、素子形成面１ａ側に保護膜２と電極パッド４とを備えている。素子形成面１ａ側には、トランジスタなどの半導体素子によって電子回路（図示せず）が構成されており、電極パッド４はそれらの半導体素子と電気的に接続している。電極パッド４の上方を除いて半導体基板１の表面には保護膜２が形成されている。保護膜２は一般的にはシリコン酸化膜であるが、シリコン窒化膜であってもよい。
【００１３】
次に、図２（ｂ）に示すように、半導体基板１の全面にポリイミド樹脂を、例えば、４〜１０μｍの膜厚で塗布し、ホトリソエッチングにより電極パッド４の上方を除いて保護膜３を形成する。なお、保護膜３の材料として、ポリイミド樹脂の代わりにベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）樹脂などを使用することも可能である。続いて、スパッタ法により、Ｔｉ膜及びＣｕ膜を順次堆積し、ホトリソエッチングによりパターン加工して導電膜５を形成する。Ｔｉ膜の膜厚は、例えば、１００〜２００ｎｍで、Ｃｕ膜の膜厚は、例えば、２００〜７００ｎｍである。導電層５を構成する下層のＴｉ膜は、電極パッド４の一般的な材料であるＡｌと、後述する再配線６の材料であるＣｕとの密着層として機能する。また、導電層５を構成する上層のＣｕ膜は、再配線６を形成する際のシード層として機能する。続いて、電解めっき法により、導電層５に積層してＣｕからなる再配線６を、例えば、２〜１０μｍの膜厚で形成する。続いて、電解めっき法により、再配線６の上面の一部にＣｕからなる導体ポスト７を、例えば、高さ５０〜１００μｍ、径１００〜４００μｍで形成する。導体ポスト７を形成するためのめっき工程は、例えば、全面にレジスト膜を形成した後、レジスト膜に再配線６の上面の一部を露出する開口部を形成し、開口部が形成された半導体基板１をＣｕのめっき液に漬け込んで開口部内にめっき液を充填させ、めっき液が固まった後にレジストを除去する。
【００１４】
次に、図２（ｃ）に示すように、保護膜３と、導電膜５と、再配線６と、導体ポスト７とをエポキシ樹脂からなる封止樹脂９で封止する。この時、導体ポスト７の全てが覆われるように、封止樹脂９を導体ポスト７の高さ、例えば、５０〜１００μｍよりも一旦厚く形成する。なお、封止樹脂９の材料として、エポキシ樹脂の代わりにフェノール樹脂などを使用することも可能である。続いて、図示しないグラインダの砥石１２によって、封止樹脂９の表面を研削（グラインド）して封止樹脂９の表面を平坦化すると共に、導体ポスト７の表面を露出させる。この封止樹脂９の形成工程において、製造条件のバラツキや研削時の外力などにより、導体ポスト７と封止樹脂９との間に数μｍ程度の間隙部１１が生ずることがある。ここでは、間隙部１１が存在するものとして説明を進める。
【００１５】
次に、図２（ｄ）に示すように、導体ポスト７の頂面に半田からなる外部電極１０を形成する。外部電極１０の形状及び形成方法は、Ｗ−ＣＳＰの種類、例えば、ＢＧＡタイプやＬＧＡタイプなどによって異なる。ＢＧＡタイプにおける外部電極１０は、球状電極（半田ボール）であり、例えば、ボールマウント方式によって形成する。すなわち、半田ボールをボールマウンタにより機械的に導体ポスト７の頂面に搭載し、引き続きリフローすることにより外部電極１０を形成する。ＬＧＡタイプにおける外部電極１０は、導体ポスト７と実装基板とが接続できる程度の薄型電極であり、例えば、印刷法によって形成する。すなわち、メタルマスクにてクリーム半田を導体ポスト７の頂面に印刷し、引き続きリフローすることにより外部電極１０を形成する。
【００１６】
次に、図３（ｅ）に示すように、導体ポスト７と封止樹脂９との間に生じた間隙部１１の内部、及び封止樹脂９の表面にシリコーンからなる絶縁膜８を形成する。絶縁膜８の形成は、適量塗布が可能な塗布器具、例えば、注射器などを用いて外部電極１０を覆わないように封止樹脂９の表面にシリコーンを一様に塗布し、真空状態に保たれた脱泡装置の中で脱泡処理を行い、間隙部１１の内部の空気を引き抜くと同時に間隙部１１の内部にシリコーンを埋め込む。その後、例えば、１５０℃／１ｈｒの熱処理により熱硬化させる。なお、絶縁膜８の材料はシリコーンに限定するものではなく、シリコーンと同様に間隙部１１の内部を埋め込むことができ、熱処理で硬化させることができる絶縁性を有する液状材料であれば使用することは可能である。
【００１７】
最後に、図３（ｆ）に示すように、一連の封止工程が完了した半導体基板１を、例えば、ダイヤモンドカッターなどで個片化して半導体装置１００が完成する。
【００１８】
〔作用効果〕
本発明の第１実施形態によれば、導体ポスト７と封止樹脂９との間に生じた間隙部１１を絶縁膜８、例えば、シリコーンで埋め込むことにより、半導体装置１００の封止効果を向上させることができる。すなわち、間隙部１１からの水分の進入を抑制して耐湿性を向上させることができ、導体ポスト７の外力による変位を抑制して機械的強度を向上させることができる。また、シリコーンなどの熱硬化性を有する液状材料を塗布して間隙部１１を埋め込むため、工程が非常に簡便であり、製造コストを低減することができる。
【００１９】
（２）第２実施形態
図４は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置２００の一部の断面構造図である。半導体装置２００は、第１実施形態に係る半導体装置１００（図１）において、導体ポスト７と封止樹脂９との間に生じた間隙部１１を覆う絶縁膜８の代わりに、絶縁膜８ａが形成されている点が異なる。その他の構造は半導体装置１００と同じであるため、図４では、半導体装置１００と同一の構造については図１と同一符号を付してその説明を省略する。
【００２０】
絶縁膜８ａは、導体ポスト７と封止樹脂９との間に生じた間隙部１１を埋め込むための絶縁膜で、導体ポスト７の側面のみを覆うように形成されている。絶縁膜８は、例えば、シリコーンなどの熱硬化性を有する液状物質を材料としている。
【００２１】
次に、本発明の第２実施形態に係る半導体装置２００の製造方法を説明する。半導体装置２００の製造方法は、絶縁膜８ａの形成工程を除き、第１実施形態に係る半導体装置１００の製造方法（図２、３）と同様である。そのため、絶縁膜８ａを形成する直前までの工程に関しては、半導体装置１００の製造工程図（図２（ａ）〜（ｄ））を流用してその説明を省略し、図５で絶縁膜８ａの形成以降の工程を説明する。
【００２２】
図２（ｄ）で外部電極１０を形成した後に、図５（ｅ）に示すように、導体ポスト７と封止樹脂９との間に生じた間隙部１１の内部、及び封止樹脂９の表面にシリコーンからなる絶縁膜８ａを形成する。絶縁膜８ａの形成は、適量塗布が可能な塗布器具、例えば、注射器などを用いて外部電極１０を覆わないように封止樹脂９の表面にシリコーンを一様に塗布し、真空状態に保たれた脱泡装置の中で脱泡処理を行い、間隙部１１の内部の空気を引き抜くと同時に間隙部１１の内部にシリコーンを埋め込む。なお、絶縁膜８ａの材料はシリコーンに限定するものではなく、シリコーンと同様に間隙部１１の内部を埋め込むことができ、熱処理で硬化させることができる絶縁性を有する液状材料であれば使用することは可能である。
【００２３】
次に、図５（ｆ）に示すように、封止樹脂９の表面に塗布されたシリコーンを、例えば、拭き取りや吸着などにより除去する。その後、例えば、１５０℃／１ｈｒの熱処理により熱硬化させて間隙部１１の内部、すなわち、導体ポストの側面のみに絶縁膜８ａを形成する。
【００２４】
最後に、図５（ｇ）に示すように、一連の封止工程が完了した半導体基板１を、例えば、ダイヤモンドカッターなどで個片化して半導体装置２００が完成する。
【００２５】
〔作用効果〕
本発明の第２実施形態によれば、導体ポスト７と封止樹脂９との間に生じた間隙部１１を絶縁膜８ａ、例えば、シリコーンで埋め込むことにより、半導体装置２００の封止効果を向上させることができる。すなわち、間隙部１１からの水分の進入を抑制して耐湿性を向上させることができ、導体ポスト７の外力による変位を抑制して機械的強度を向上させることができる。また、シリコーンなどの熱硬化性を有する液状材料を塗布して間隙部１１を埋め込むため、工程が非常に簡便であり、製造コストを低減することができる。さらに、封止樹脂９の表面に塗布されたシリコーンなどの液状材料を除去することにより、外部電極１０の側面部が完全に露出されるため、半導体装置２００と実装基板との接続信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の構造図。
【図２】第１及び第２実施形態に係る半導体装置の製造工程図。
【図３】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程図。
【図４】第２実施形態に係る半導体装置の構造図。
【図５】第２実施形態に係る半導体装置の製造工程図。
【符号の説明】
【００２７】
１・・・半導体基板
２、３・・・保護膜
４・・・電極パッド
５・・・導電膜
６・・・再配線
７・・・導体ポスト
８、８ａ・・・絶縁膜
９・・・封止樹脂
１０・・・外部電極
１１・・・間隙部
１２・・・砥石
１００、２００・・・半導体装置
【図１】
2006302933.tif 000003
【図２】
2006302933.tif 000004
【図３】
2006302933.tif 000005
【図４】
2006302933.tif 000006
【図５】
2006302933.tif 000007