(57)【要約】【課題】  はんだバンプの破損を防ぐことができる半導体装置を提供する。【解決手段】  半導体基板１上に形成された導電層３と、この導電層３に設けられた電極４の上に形成されたはんだバンプ５とを備え、はんだバンプ５が形成される電極４の表面に突出部６が形成され、この突出部６が柱状に形成されている。【選択図】  図１
2006108422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、この半導体基板上に形成された導電層と、この導電層に設けられた電極の上に形成されたはんだバンプとを備えた半導体装置であって、
前記はんだバンプが形成される電極表面の一部に、突出部が形成され、この突出部が柱状に形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記突出部は、半導体基板に対しほぼ垂直に突出するように形成されてい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】
半導体基板と、この半導体基板上に形成された導電層と、この導電層に設けられた電極の上に形成されたはんだバンプとを備えた半導体装置であって、
前記はんだバンプが形成される電極表面の一部に、突出部が形成され、この突出部が、脚部と、この脚部より外径が大きい頭部とからなることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記突出部は、頭部がドーム状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体基板と、この半導体基板上に形成された導電層と、この導電層に設けられた電極の上に形成されたはんだバンプとを備え、前記はんだバンプが形成される電極表面の一部に、柱状の突出部が形成された半導体装置を製造する方法であって、
前記電極上に、前記突出部に相当する位置に開口部を有するレジストを形成した後、メッキ法により前記開口部に柱状の突出部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
半導体基板と、この半導体基板上に形成された導電層と、この導電層に設けられた電極の上に形成されたはんだバンプとを備え、前記はんだバンプが形成される電極表面の一部に突出部が形成され、この突出部が、脚部と、この脚部より外径が大きい頭部とからなる半導体装置を製造する方法であって、
前記電極上に、前記突出部の脚部に相当する位置に開口部を有するレジストを形成した後、メッキ法により前記開口部に金属材料を供給し、この開口部が金属材料で充たされた後、前記頭部が形成されるまで金属材料の供給を続けることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
半導体装置を備えた電子機器であって、この半導体装置は、半導体基板と、この半導体基板上に形成された導電層と、この導電層に設けられた電極の上に形成されたはんだバンプとを備え、前記はんだバンプが形成される電極表面の一部に、柱状の突出部が形成されていることを特徴とする電子機器。
【請求項８】
半導体装置を備えた電子機器であって、この半導体装置は、半導体基板と、この半導体基板上に形成された導電層と、この導電層に設けられた電極の上に形成されたはんだバンプとを備え、前記はんだバンプが形成される電極表面の一部に、突出部が形成され、この突出部が、脚部と、この脚部より外径が大きい頭部とからなることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、およびその製造方法、ならびにこの半導体装置を用いた電子機器に関し、特に、ＣＳＰ（Chip Size/Scale Package）等の半導体装置に好適に用いられる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置、例えばデュアル・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、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。この半導体装置では、端子数が増加するとサイズが大きくなるという問題がある。
これに対し、チップ・サイズ／スケール・パッケージ（ＣＳＰ：Chip Size/Scale Package）では、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（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
図１３は、従来の半導体装置の一例を示すもので、この半導体装置３０は、半導体基板１上に第１絶縁層２が設けられ、その上に再配線層３が設けられ、再配線層３の一部である電極４４上にはんだバンプ５が設けられている。
半導体装置３０は、はんだバンプ５を介して回路基板８に接続されている。
【特許文献１】特開２００２−３１３９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置３０では、半導体装置３０と回路基板８との熱膨張係数の差異などに起因して、これらの接続部分に大きな応力が加えられ、この応力によってはんだバンプ５が電極４４から剥離したり、はんだバンプ５に亀裂が生じるおそれがある。
はんだバンプ５の剥離や破損は、半導体装置３０と回路基板８との間の電気的接続の信頼性低下を招く。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、はんだバンプの剥離や破損を防ぐことができる半導体装置および電子機器、ならびに前記半導体装置を容易に製造できる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】
【０００５】
本発明の請求項１に係る半導体装置は、半導体基板と、この半導体基板上に形成された導電層と、この導電層に設けられた電極の上に形成されたはんだバンプとを備えた半導体装置であって、前記はんだバンプが形成される電極表面の一部に、突出部が形成され、この突出部が柱状に形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項２に係る半導体装置は、請求項１において、前記突出部が、半導体基板に対しほぼ垂直に突出するように形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項３に係る半導体装置は、半導体基板と、この半導体基板上に形成された導電層と、この導電層に設けられた電極の上に形成されたはんだバンプとを備えた半導体装置であって、前記はんだバンプが形成される電極表面の一部に、突出部が形成され、この突出部が、脚部と、この脚部より外径が大きい頭部とからなることを特徴とする。
本発明の請求項４に係る半導体装置は、請求項３において、前記突出部の頭部がドーム状に形成されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明の請求項５に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板と、この半導体基板上に形成された導電層と、この導電層に設けられた電極の上に形成されたはんだバンプとを備え、前記はんだバンプが形成される電極表面の一部に、柱状の突出部が形成された半導体装置を製造する方法であって、前記電極上に、前記突出部に相当する位置に開口部を有するレジストを形成した後、メッキ法により前記開口部に柱状の突出部を形成することを特徴とする。
本発明の請求項６に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板と、この半導体基板上に形成された導電層と、この導電層に設けられた電極の上に形成されたはんだバンプとを備え、前記はんだバンプが形成される電極表面の一部に突出部が形成され、この突出部が、脚部と、この脚部より外径が大きい頭部とからなる半導体装置を製造する方法であって、前記電極上に、前記突出部の脚部に相当する位置に開口部を有するレジストを形成した後、メッキ法により前記開口部に金属材料を供給し、この開口部が金属材料で充たされた後、前記頭部が形成されるまで金属材料の供給を続けることを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項７に係る電子機器は、半導体装置を備えた電子機器であって、この半導体装置は、半導体基板と、この半導体基板上に形成された導電層と、この導電層に設けられた電極の上に形成されたはんだバンプとを備え、前記はんだバンプが形成される電極表面の一部に、柱状の突出部が形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項８に係る電子機器は、半導体装置を備えた電子機器であって、この半導体装置は、半導体基板と、この半導体基板上に形成された導電層と、この導電層に設けられた電極の上に形成されたはんだバンプとを備え、前記はんだバンプが形成される電極表面の一部に、突出部が形成され、この突出部が、脚部と、この脚部より外径が大きい頭部とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の半導体装置は、はんだバンプが形成される電極に、柱状の突出部が形成されているので、次に示す効果を奏する。
（１）電極とはんだバンプとの間の接触面積を大きくし、その接合強度を高めることができる。
このため、この半導体装置と、これが接続された回路基板との熱膨張係数の差異に起因して、はんだバンプに大きな応力が加えられた場合でも、はんだバンプが電極から剥離するのを防ぐことができる。
また、前記応力によってはんだバンプの下部に亀裂が発生した場合でも、この亀裂は突出部によって進行が妨げられるため、この亀裂が広がるのを防ぐことができる。
従って、半導体装置と前記回路基板との間の電気的接続の信頼性を高めることができる。
（２）突出部が柱状に形成されているので、突出部の強度を基端部から先端部に至るまで十分に高くすることができる。
このため、前記応力によってはんだバンプに発生した亀裂が突出部に達した場合には、この亀裂が突出部に達する位置にかかわらず、突出部が破断するのを防ぐことができる。
従って、はんだバンプに生じた亀裂が広がるのを確実に防ぐことができる。
（３）電極に突出部が形成されているので、突出部がない場合に比べ、はんだバンプを高く形成することができる。
このため、はんだバンプがもつ応力緩和機能を向上させ、はんだバンプの破損や剥離を防ぎ、電気的接続の信頼性を高めることができる。
【０００９】
本発明の半導体装置は、突出部が、脚部と、脚部より外径が大きい頭部とからなるので、次に示す効果を奏する。
（１）はんだバンプの一部が、頭部の下方にも入り込んだ形状となるため、はんだバンプに対し、電極から離れる方向の応力が加えられた場合に、頭部によって、電極からのはんだバンプの剥離が阻止される。従って、電気的接続の信頼性をさらに高めることができる。
（２）電極とはんだバンプとの間の接触面積を大きくし、その接合強度を高めることができる。このため、はんだバンプが電極から剥離するのを防ぐことができる。
【００１０】
本発明の製造方法では、前記電極上に、開口部を有するレジストを形成した後、メッキ法により前記開口部に柱状の突出部を形成するので、簡単な操作で突出部を形成することができる。
メッキ法により開口部に金属材料を供給し、開口部が金属材料で充たされた後、前記頭部が形成されるまで金属材料の供給を続ける製造方法をとる場合には、脚部と頭部からなる突出部を一度の操作で形成することができる。従って、突出部の形成が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の半導体装置の第１の例を詳細に説明する。
図１および図２は、本発明の半導体装置の第１の例の要部を示す断面図である。
半導体装置１０では、シリコンウェハなどの半導体基板１上に、第１絶縁層２が設けられ、その上に再配線層３（導電層）が設けられ、再配線層３の一部である電極４上に、はんだバンプ５（金属バンプ）が設けられている。
【００１２】
再配線層３は、電極４を除いて封止樹脂層７で覆われている。
再配線層３の材料としては、銅、銀、金、ニッケル、クロム、白金が好適に用いられる。再配線層３の厚さは、５〜１５μｍとすることができる。
第１絶縁層２および封止樹脂層７は、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂などからなり、スピンコート法、キャスティング法などによって形成することができる。第１絶縁層２および封止樹脂層７の厚さは、５〜５０μｍとすることができる。
【００１３】
電極４の表面の一部には、上方（半導体基板１にほぼ垂直な方向）に突出する柱状の突出部６が形成されている。以下、電極４において突出部６が形成されていない領域を基部９と呼ぶ。図示例では、電極４は、突出部６とこれを囲む基部９とからなる。
突出部６は、外径（幅）を突出方向にほぼ一定とし、側面６ａを半導体基板１にほぼ垂直とし、上面６ｂを半導体基板１にほぼ平行とするのが好ましい。
突出部６の横断面形状は任意であり、例えば円形、楕円形、多角形（三角形、四角形など）とすることができる。
【００１４】
突出部６の高さは、５μｍ以上（好ましくは１０μｍ以上）とするのが好ましい。突出部６の高さは、５０μｍ以下とすることができる。
突出部６の外径（幅）は、１０〜１００μｍとすることができる。
突出部６の材料としては、銅、銀、金、ニッケル、クロム、白金が好適であり、再配線層３と同じ材料が好ましい。
突出部６は、電極４と一体に構成するのが好ましい。
なお、突出部６の数は、図示例では１であるが、複数とすることもできる。突出部６の突出方向は、半導体基板１に垂直な方向に限らず、半導体基板１に傾斜する方向であってもよい。
【００１５】
はんだバンプ５には、共晶タイプのはんだ、鉛フリータイプのはんだ等を用いることができる。
はんだバンプ５は、電極４の突出部６（側面６ａおよび上面６ｂ）および基部９に接して形成されている。
半導体装置１０は、はんだバンプ５を介して回路基板８に接続されている。
【００１６】
次に、図３〜図６を参照して、半導体装置１０の製造方法の一例を説明する。
図３に示すように、半導体チップ（図示略）を有する半導体基板１上に、第１絶縁層２を形成する。第１絶縁層２は、前記半導体チップの電極に相当する位置に開口部１１を有する形状とする。
次いで、第１絶縁層２上に、スパッタ法などによりシード層（図示略）を形成する。シード層は、銅などからなる密着層上に、クロム、チタン、チタン−タングステン合金などからなる給電層を有する２層構造とすることができる。密着層の厚さは２０〜６０ｎｍが好ましく、給電層の厚さは１００〜２００ｎｍが好ましい。
シード層上に第１レジスト（図示略）を形成する。第１レジストは、再配線層３に相当する位置以外の領域に形成される。
第１絶縁層２上の所定領域および開口部１１内にメッキ（電解メッキなど）を施すことによって、前記半導体チップに接続された再配線層３が形成される。
次いで、第１レジストを除去するとともに、露出した部分のシード層を除去する。
【００１７】
図３に示すように、再配線層３上に封止樹脂層７を形成する。封止樹脂層７は、電極４に相当する位置に開口部１２を有する形状とする。
図４に示すように、電極４の表面に、第２レジスト１３を形成する。第２レジスト１３は、突出部６に相当する位置に開口部１４を有する形状とする。
図５に示すように、無電解メッキなどのメッキ法によって、開口部１４内に金属材料を供給し、この開口部１４を金属材料で充たすことによって突出部６を形成する。
図６に示すように、第２レジスト１３を除去する。
これによって、図１に示す突出部６を有する電極４が形成される。
【００１８】
次いで、はんだ材料を電極４上に配置した後、リフロー工程において、はんだ材料を加熱し溶融させる。はんだ材料を電極４上に配置する方法としては、はんだペースト印刷法、はんだボール搭載法などがある。
溶融したはんだ材料（溶融はんだ）は、表面張力により略球状となり、はんだバンプ５となる。
必要に応じてダイジング加工を行うことによって、図１に示す半導体装置１０が得られる。
【００１９】
半導体装置１０は、次に示す効果を奏する。
（１）はんだバンプ５が形成される電極４に、柱状の突出部６が形成されているので、電極４とはんだバンプ５との間の接触面積を大きくし、その接合強度を高めることができる。
このため、半導体装置１０と回路基板８との熱膨張係数の差異に起因して、はんだバンプ５に大きな応力が加えられた場合でも、はんだバンプ５が電極４から剥離するのを防ぐことができる。
また、前記応力によってはんだバンプ５の下部に亀裂が発生した場合でも、この亀裂は突出部６によって進行が妨げられるため、この亀裂が広がるのを防ぐことができる。
従って、半導体装置１０と回路基板８との間の電気的接続の信頼性を高めることができる。
（２）突出部６が柱状に形成されているので、突出部６の強度を基端部から先端部に至るまで十分に高くすることができる。
このため、前記応力によってはんだバンプ５に発生した亀裂が突出部６に達した場合には、この亀裂が突出部６に達する位置にかかわらず、前記応力によって突出部６が破断するのを防ぐことができる。
従って、はんだバンプ５に生じた亀裂が広がるのを確実に防ぐことができる。
（３）電極４に突出部６が形成されているので、突出部がない場合に比べ、はんだバンプ５を高く形成することができる。
このため、はんだバンプ５がもつ応力緩和機能を向上させ、はんだバンプ５の破損や剥離を防ぎ、電気的接続の信頼性を高めることができる。
【００２０】
上記半導体装置１０の製造方法では、開口部１４を有する第２レジスト１３を形成し、開口部１４に相当する位置に、メッキ法により柱状の突出部６を形成するので、簡単な操作で突出部６を形成することができる。
【００２１】
次に、本発明の半導体装置の第２の例を説明する。以下の説明において、上述の第１の例との共通部分は、同一符号を付してその説明を省略する。
図７および図８に示す半導体装置２０では、電極２４の表面に形成された突出部２６が、脚部２７とこれより外径（幅）が大きい頭部２８とからなる点で、図１に示す半導体装置１０と異なる。
脚部２７の横断面形状は任意であり、例えば円形、楕円形、多角形（三角形、四角形など）とすることができる。
図示例において、頭部２８は、ドーム状、すなわち上面２８ａが断面略円弧状となるように形成されている。頭部２８の下面２８ｂは、半導体基板１にほぼ平行となっている。
頭部２８は、脚部２７の側面から１０〜５０μｍ張り出した形状とするのが好ましい。
頭部２８は、脚部２７と一体に形成するのが好ましい。
なお、頭部２８の形状は図示例に限定されず、半球状、断面矩形状、円錐状などとすることもできる。
【００２２】
突出部２６は、次のようにして形成することができる。
図９に示すように、再配線層３を形成した後、その一部である電極２４の表面に、第２レジスト３３を形成する。第２レジスト３３は、突出部２６の脚部２７に相当する位置に開口部３４を有する形状とする。
図１０に示すように、無電解メッキなどのメッキ法によって、開口部３４内に金属材料を供給し、脚部２７を形成する。
図１１に示すように、開口部３４が金属材料で充たされた後も金属材料の供給を継続することによって、金属材料は第２レジスト３３上に放射状に広がりつつ脚部２７上に堆積し、第２レジスト３３上に突出した頭部２８が形成される。
図１２に示すように、第２レジスト３３を除去する。
これによって、図７に示す突出部２６を有する電極２４が形成される。
【００２３】
半導体装置２０では、次に示す効果を奏する。
（１）突出部２６が、脚部２７と、脚部２７より外径が大きい頭部２８とからなるので、はんだバンプ５の一部が、頭部２８の下方にも入り込んだ形状となる。
このため、はんだバンプ５に対し、電極２４から離れる方向の応力が加えられた場合に、頭部２８によって、電極２４からのはんだバンプ５の剥離が阻止される。
従って、半導体装置２０と回路基板８との間の電気的接続の信頼性を高めることができる。
（２）突出部２６が、脚部２７と頭部２８とからなるので、電極２４とはんだバンプ５との間の接触面積を大きくし、その接合強度を高めることができる。このため、はんだバンプ５が電極２４から剥離するのを防ぐことができる。
（３）頭部２８をドーム状に形成することによって、電極２４とはんだバンプ５との間の接触面積を大きくし、その接合強度をさらに高めることができる。
【００２４】
上記半導体装置２０の製造方法では、開口部３４を有する第２レジスト３３を形成し、メッキ法により開口部３４に金属材料を供給し、開口部３４が金属材料で充たされた後、さらに金属材料の供給を続けることによって頭部２８を形成する。
このため、脚部２７と頭部２８からなる突出部２６を一度の操作で形成することができる。従って、突出部２６の形成が容易である。
【実施例】
【００２５】
（実施例１）
図１に示す半導体装置１０を次のようにして製造した。
半導体基板１上にポリイミド系感光性樹脂を塗布し、これにフォトリソグラフィー技術によりパターンニングを施し、熱処理により硬化させて第１絶縁層２を得た。
シード層を形成した後、第１レジスト（図示略）を形成し、第１レジストが形成されていない領域に、銅からなる再配線層３をメッキ法により形成した。第１レジストを除去し、露出した部分のシード層を湿式エッチングで除去した。
次いで、ポリイミド系感光性樹脂を塗布し、これにフォトリソグラフィー技術によりパターンニングを施して封止樹脂層７を得た。
図４〜図６に示すように、電極４の表面に第２レジスト１３を形成し、無電解メッキ法を用いて、銅からなる柱状の突出部６を形成した。突出部６の高さ、外径はそれぞれ２０μｍ、４０μｍとした。
次いで、はんだペースト印刷法によってはんだ材料を電極４に載せ、これを溶融させてはんだバンプ５とした。
【００２６】
（実施例２）
図７に示す半導体装置２０を次のようにして製造した。
実施例１と同様にして、半導体基板１上に第１絶縁層２、再配線層３、封止樹脂層７を形成した。
図９〜図１２に示すように、電極２４の表面に、第２レジスト３３を形成し、無電解メッキ法を用いて、突出部２６を形成した。
脚部２７と頭部２８の外径はそれぞれ４０μｍ、６０μｍとした。脚部２７と頭部２８の高さはいずれも１０μｍとした。その他の条件は実施例１に準じた。
【００２７】
（比較例）
図１３に示すように、突出部６が形成されていないこと以外は実施例１と同様の構成の半導体装置３０を製造した。
【００２８】
実施例１、２および比較例の半導体装置を、はんだバンプ５を介して回路基板８に実装した後、ヒートサイクル試験に供した。
この試験では、３０分間の低温条件（−４０℃）と、３０分間の高温条件（１２５℃）とを１サイクルとする処理を繰り返し、電気抵抗増大などの異常が発生した時点での前記処理の回数を記録した。
この試験の結果、比較例の半導体装置３０では、平均１２００回の処理で異常が見られたのに対し、実施例１、２の半導体装置１０、２０では、処理回数が１８００回に達しても異常が見られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の半導体装置は、フレキシブルプリント基板（Flexible Printed Circit）などの回路基板に実装できる。
このため、例えばＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、携帯電話機、パーソナルコンピュータ、光送受信機器などのように、半導体装置が実装された回路基板を備えた各種電子機器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の半導体装置の第１の例を示す断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置の要部を拡大した断面図である。
【図３】図１に示す半導体装置の製造工程を示す工程図である。
【図４】図１に示す半導体装置の製造工程を示す工程図である。
【図５】図１に示す半導体装置の製造工程を示す工程図である。
【図６】図１に示す半導体装置の製造工程を示す工程図である。
【図７】本発明の半導体装置の第２の例を示す断面図である。
【図８】図７に示す半導体装置の要部を拡大した断面図である。
【図９】図７に示す半導体装置の製造工程を示す工程図である。
【図１０】図７に示す半導体装置の製造工程を示す工程図である。
【図１１】図７に示す半導体装置の製造工程を示す工程図である。
【図１２】図７に示す半導体装置の製造工程を示す工程図である。
【図１３】従来の半導体装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…半導体基板、３…再配線層（導電層）、４、２４…電極、５…はんだバンプ、６、２６…突出部、１４…開口部、２７…脚部、２８…頭部
【図１】
2006108422.tif 000003
【図２】
2006108422.tif 000004
【図３】
2006108422.tif 000005
【図４】
2006108422.tif 000006
【図５】
2006108422.tif 000007
【図６】
2006108422.tif 000008
【図７】
2006108422.tif 000009
【図８】
2006108422.tif 000010
【図９】
2006108422.tif 000011
【図１０】
2006108422.tif 000012
【図１１】
2006108422.tif 000013
【図１２】
2006108422.tif 000014
【図１３】
2006108422.tif 000015