(57)【要約】      （修正有）【課題】半田と電極との界面近傍において、樹脂コアにより半田の疲労を抑えて半田の疲労寿命を向上させる。【解決手段】半導体基板１１上に形成された接続パッド１２と、接続パッドと電気的に接続された配線２１と、配線と電気的に接続された柱状電極２２と、柱状電極の表面に形成された樹脂コア３１と、樹脂コアを覆い、樹脂コアの周囲における柱状電極上に形成された半田３２と、電極の周囲における半導体基板上に形成された封止層２６と、を備える。【選択図】図２
2011166054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された接続パッドと、
前記接続パッドと電気的に接続された配線と、
前記配線と電気的に接続された電極と、
前記電極の表面に形成されたコアと、
前記コアを覆い、前記コアの周囲における前記電極上に形成された半田と、
前記電極の周囲における前記半導体基板上に形成された封止層と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記コアは、ポリイミド系樹脂又はエポキシ系樹脂からな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】
前記電極は、配線の一端部上に形成されたランドであ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】
前記電極は、外部接続用電極であ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】
前記コアは、前記外部接続用電極の表面に設けられてい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】
請求項１乃至５に記載の半導体装置における半田と、回路基板の電極と、が接続されていることを特徴とする回路基板。
【請求項７】
電子部品の電極の表面にコアを形成する工程と、
半田で前記コアを覆い、前記コアの周囲において前記半田を前記電極の表面に形成する工程と、
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】
前記コアは、ポリイミド系樹脂又はエポキシ系樹脂からな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】
前記電極は、配線の一端部上に形成されたランドであ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１０】
前記電極は、外部接続用電極であ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】
前記コアは、前記外部接続用電極の表面に形成されてい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、回路基板、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の柱状電極が半導体基板上に設けられ、封止層が柱状電極の周囲において半導体基板上に積層され、半田バンプが柱状電極の頭頂面上に形成された半導体装置がある（例えば、特許文献１参照）。この半導体装置を回路基板に実装するに際しては、半導体装置を回路基板にフェースダウンして、半田バンプを回路基板の電極に載せ、半田バンプをリフローする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２１８７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、半導体装置の使用によって半導体装置の発熱・冷却が繰り返されると、半導体基板の熱膨張率と回路基板の熱膨張率との差によって半田の応力が振動するから、半田が疲労破壊してしまう。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、半田の疲労を抑えて、半田の疲労寿命を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、本発明に係る半導体装置が、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された接続パッドと、前記接続パッドと電気的に接続された配線と、前記配線と電気的に接続された電極と、前記電極の表面に形成されたコアと、前記コアを覆い、前記コアの周囲における前記電極上に形成された半田と、前記電極の周囲における前記半導体基板上に形成された封止層と、を備えることとした。
【０００６】
好ましくは、前記コアは、ポリイミド系樹脂又はエポキシ系樹脂からなる。
好ましくは、前記電極は、配線の一端部上に形成されたランドである。
好ましくは、前記電極は、外部接続用電極である。
好ましくは、前記コアは、前記外部接続用電極の表面に設けられている。
【０００７】
本発明に係る回路基板が、前記半導体装置における半田と、回路基板の電極と、が接続されていることとした。
【０００８】
本発明に係る半導体装置の製造方法が、電子部品の電極の表面にコアを形成する工程と、半田で前記コアを覆い、前記コアの周囲において前記半田を前記電極の表面に形成する工程と、を含むこととした。
【０００９】
好ましくは、前記コアは、ポリイミド系樹脂又はエポキシ系樹脂からなる。
好ましくは、前記電極は、配線の一端部上に形成されたランドである。
好ましくは、前記電極は、外部接続用電極である。
好ましくは、前記コアは、前記外部接続用電極の表面に形成されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半田と電極との界面近傍で半田が疲労することがコアによって防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態における半導体装置の斜視図。
【図２】同実施形態における半導体装置の断面図。
【図３】同実施形態における電子部品の実装構造の断面図。
【図４】同実施形態において、半導体装置に個片化する前のウエハの断面図。
【図５】同実施形態において、ウエハにバンプを形成する方法の一工程における断面図である。
【図６】図５に続く工程における断面図。
【図７】図６に続く工程における断面図。
【図８】図７に続く工程における断面図。
【図９】本発明の第２実施形態における半導体装置の断面図。
【図１０】同実施形態における電子部品の実装構造の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１３】
〔第１の実施の形態〕
図１は、半導体装置１の斜視図である。図２は、半導体装置１の断面図である。
図１、図２に示すように、半導体装置１が、電子部品１０と、電子部品１０の柱状電極（電極）２２の表面に設けられたバンプ３０と、を有する。
【００１４】
以下、電子部品１０について説明する。
この電子部品１０は、パッケージ化された半導体チップである。つまり、電子部品１０は、半導体基板１１、配線２１、柱状電極（外部接続用電極）２２、絶縁膜２５及び封止層２６等を備える。
半導体基板１１がシリコン等からなり、半導体基板１１の表面に、集積回路が形成されている。複数の接続パッド１２が半導体基板１１の表面に形成され、接続パッド１２がＬＳＩの配線に接続されている。パッシベーション膜１３は、半導体基板１１の表面に成膜されているとともに、集積回路を被覆する。例えば、パッシベーション膜１３は、酸化シリコン又は窒化シリコンからなる。また、パッシベーション膜１３には、接続パッド１２を露出させる開口１３ａが設けられている。
【００１５】
絶縁膜２５がパッシベーション膜１３上に成膜されている。絶縁膜２５は、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂その他の樹脂からなる。例えば、絶縁膜２５には、ポリイミド（ＰＩ）、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）等の高機能プラスチック材料、エポキシ系、フェノール系、シリコン系等のプラスチック材料、又はこれらの複合材料等を用いることができる。
【００１６】
絶縁膜２５には、接続パッド１２を露出させる開口２５ａが設けられている。絶縁膜２５の開口２５ａはパッシベーション膜１３の開口１３ａよりも小さく、開口２５ａの外周部で接続パッド１２と絶縁膜２５とが密着している。
【００１７】
絶縁膜２５の表面上には、電解メッキ用シード層２０が形成されている。電解メッキ用シード層２０は、銅（Ｃｕ）の薄膜、チタン（Ｔｉ）の薄膜、チタンに銅を積層した薄膜その他の金属薄膜であり、平面視して、電解メッキ用シード層２０が所定の形状にパターニングされている。電解メッキ用シード層２０の一部が接続パッド１２上に積層され、電解メッキ用シード層２０が開口１３ａ，２５ａを介して接続パッド１２に接続されている。なお、絶縁膜２５が形成されておらず、電解メッキ用シード層２０がパッシベーション膜１３上に形成されていてもよい。
【００１８】
電解メッキ用シード層２０上には、配線２１が積層されている。配線２１は、銅メッキその他の金属メッキからなる。平面視して、配線２１が所定の形状にパターニングされており、配線２１の平面形状と電解メッキ用シード層２０の平面形状がほぼ同じである。配線２１は、電解メッキ用シード層２０よりも厚い。
各電解メッキ用シード層２０及び配線２１の積層体は、他の電解メッキ用シード層２０及び配線２１の積層体と電気的に絶縁されるように配列されている。
【００１９】
円柱形状の柱状電極２２が配線２１の一端部上に形成されている。配線２１のうち柱状電極２２の台座となる部分２１ａは、ランドである。柱状電極２２は、銅その他の金属からなる。柱状電極２２の高さ（厚さ）は、配線２１の厚さよりも大きい。
各電解メッキ用シード層２０及び配線２１の積層体は、それぞれに対応する接続パッド１２と柱状電極２２とを電気的に接続する。
【００２０】
絶縁膜２５上には、封止層２６が成膜されている。配線２１は、柱状電極２２に重なった箇所を除いて、封止層２６によって覆われている。封止層２６の表面が柱状電極２２の頭頂面（表面）と面一に設けられ、柱状電極２２の頭頂面が封止層２６によって覆われずに露出している。封止層２６は、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂その他の絶縁性樹脂からなり、好ましくは、フィラー（例えば、ガラスフィラー）を含有した熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂）からなる。封止層２６は、柱状電極２２をその側面から保護する。また、封止層２６は、電解メッキ用シード層２０及び配線２１をそれらの上部から保護する。封止層２６は遮光性を有する。
【００２１】
以下、バンプ３０について説明する。
バンプ３０は、樹脂コア３１及び半田３２を有する。樹脂コア３１は、柱状電極２２の頭頂面の中央部上に形成されている。樹脂コア３１は、柱状に設けられているとともに、柱状電極２２の頭頂面に対して立てた状態に設けられている。樹脂コア３１は、柱状電極２２の頭頂面に密着している。樹脂コア３１は、半田３２のリフロー温度に耐え得るよう耐熱性のある樹脂材料からなる。例えば、樹脂コア３１は、ポリイミド系樹脂又はエポキシ系樹脂からなる。なお、樹脂コア３１の形状が、錐台状であってもよい。
【００２２】
この樹脂コア３１は、半田３２に埋め込まれている。半田３２は、樹脂コア３１を覆って、樹脂コア３１の周囲において柱状電極２２の頭頂面に形成されている。半田３２が柱状電極２２の頭頂面に結合することによって、半田３２と柱状電極２２が相互に電気的に接続している。
【００２３】
以下、電子部品１０の実装構造について図３を参照して説明する。
図３に示すように、この実装構造２においては、電子部品１０がその封止層２６の表面を回路基板８０に向けた状態で回路基板８０上に表面実装されている。回路基板８０には配線が形成され、その配線の端部が端子（電極）８１となって回路基板８０上に形成されている。端子８１と柱状電極２２が半田３２によって接合されており、半田３２が端子８１と柱状電極２２に結合している。端子８１と柱状電極２２が樹脂コア３１を内包した半田３２によって接合されているが、その接合体４０が半田接合体である。なお、樹脂コア３１が端子８１に接していてもよい。
【００２４】
電子部品１０と回路基板８０との間の隙間には、アンダーフィル材８２が充填されている。アンダーフィル材８２のフィレット８２ａが電子部品１０と回路基板８０との間の隙間からはみ出ており、そのフィレット８２ａが電子部品１０の側面の一部を覆っている。アンダーフィル材８２は、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂その他の絶縁性樹脂からなる。アンダーフィル材８２は、ガラスフィラーを含有していてもよい。
なお、アンダーフィル材８２が設けられていなくてもよい。
【００２５】
半導体装置１の製造方法について説明する。
半導体装置１を製造するに際しては、個片化する前の半導体ウエハを用いる。半導体ウエハの表面には、その半導体ウエハを個片化する際の切断線（ダイシングストリート）によって区画されるチップ領域ごとに集積回路が形成されている。
【００２６】
まずは、その半導体ウエハの表面に絶縁膜２５を成膜し、絶縁膜２５をパターニングすることで、その絶縁膜２５に開口２５ａを形成する。
次に、無電解メッキ法若しくは気相成長法（例えば、スパッタ法）又はこれらの組合せによって、絶縁膜２５及び接続パッド１２等の上の一面に電解メッキ用シード層２０を成長させる。
次に、電解メッキ用シード層２０の上にレジストを塗布して、そのレジストの露光・現像をすることで、そのレジストをパターニングする。
次に、残留したレジストをマスクとしてそのレジストで電解メッキ用シード層２０の一部を被覆した状態で、電解メッキ用シード層２０を電極として電解メッキを行う。これにより、電解メッキ用シード層２０の上であってレジストの間の部分に、配線２１を成長させる。ここで、配線２１を電解メッキ用シード層２０よりも厚く成長させる。
配線２１の形成後、レジストを除去する。
次に、配線２１よりも厚い柱状電極２２形成用のドライフィルムレジストを電解メッキ用シード層２０及び配線２１の上の一面に貼り付け、そのドライフィルムレジストの露光・現像することによって、ドライフィルムレジストに開口を形成する。ドライフィルムレジストの開口内では、配線２１の一端部を露出させる。
次に、残留したドライフィルムレジストをマスクとしてそのドライフィルムレジストで電解メッキ用シード層２０及び配線２１の一部を被覆した状態で、電解メッキ用シード層２０及び配線２１を電極として電解メッキを行う。これにより、ドライフィルムレジストの開口内において、柱状電極２２を配線２１の上に成長させる。ここで、柱状電極２２を配線２１よりも厚く成長させる。
柱状電極２２の形成後、ドライフィルムレジストを除去する。
次に、電解メッキ用シード層２０のうち配線２１に重なっていない部分をエッチングにより除去する。このとき、配線２１及び柱状電極２２の表面が一部エッチングされるが、配線２１及び柱状電極２２が電解メッキ用シード層２０と比較して充分に厚いため、配線２１及び柱状電極２２が残留する。
次に、ウエハの表面に封止樹脂を塗布し、その封止樹脂を硬化させて封止層２６とする。この際、柱状電極２２全体が封止層２６に埋め込まれた状態となっており、柱状電極２２が露出していない。
次に、封止層２６の表面を研削することにより、封止層２６の表面が柱状電極２２の頭頂面と略面一となるように柱状電極２２の頭頂面を露出させる（図４参照）。このとき、柱状電極２２の頂部も研削される。なお、図４において、符号１１０が半導体ウエハであり、符号１１１がチップ領域であり、符号１１２がダイシングストリートである。
【００２７】
次に、図５に示すように、レジスト１３０を柱状電極２２及び封止層２６上に形成し、そのレジスト１３０を露光・現像することによって、レジスト１３０に開口１３１を形成する。ここで、開口１３１の径を柱状電極２２の径よりも小さくし、開口１３１を柱状電極２２の頭頂面の中央部の上に形成する。これにより、柱状電極２２の頭頂面の一部が開口１３１内で露出する。レジスト１３０は、ドライフィルムレジストであってもよいし、ウェットレジストであってもよい。
【００２８】
次に、図６に示すように、各開口１３１内に液状の樹脂を充填し、その樹脂を硬化させる。これにより、樹脂コア３１を開口１３１内に形成してその樹脂コア３１を柱状電極２２の頭頂面に立設し、樹脂コア３１を柱状電極２２の頭頂面に密着させる。
次に、図７に示すように、樹脂コア３１の形成後、レジスト１３０を除去する。
次に、図８に示すように、樹脂コア３１を半田３２で覆って、半田３２を柱状電極２２の頂面に形成する。この際、樹脂コア３１が柱状電極２２の頭頂面に密着しているから、半田３２を形成する際に樹脂コア３１がずれてしまうことがなく、バンプ３０を容易に製造することができる。
半田３２を形成する方法としては、柱状電極２２の頭頂面にフラックスを塗布して、溶けていない半田を樹脂コア３１や柱状電極２２上に搭載して、それをリフローする方法がある。リフローにより半田が溶けて、半田が樹脂コア３１を覆って、柱状電極２２の頭頂面に濡れ広がり、その半田が硬化して半田３２になる。
半田３２を形成する他の方法としては、半田ペースト（フラックスを含有していることが好ましい。）を樹脂コア３１の上から柱状電極２２の頭頂面に滴下して、その半田ペーストによって樹脂コア３１を覆う方法がある。滴下した半田ペーストが硬化して半田３２になる。
【００２９】
次に、ダイシングストリート１１２に沿って半導体ウエハ１１０をダイシングし、複数の半導体装置１に分割する。なお、バンプ３０の製造は、ダイシング処理の後に行ってもよい。
【００３０】
電子部品１０の実装方法について説明する。
表面に配線や端子８１が形成された回路基板８０を準備する。
次に、電子部品１０の封止層２６の表面を回路基板８０の表面に向け、半田３２を端子８１に位置合わせし、電子部品１０をフェースダウンする。これにより、半田３２が柱状電極２２と端子８１の間に挟まれる。
次に、電子部品１０が搭載された回路基板８０をリフロー炉に入れ、半田３２をリフローして、端子８１と柱状電極２２を半田付けする。これにより、半田接合体が製造される。なお、半田３２がリフローによって溶けて、樹脂コア３１が端子８１に接してもよい。
半田３２や回路基板８０等の冷却後、封止層２６と回路基板８０との間にアンダーフィル材８２を注入する。
【００３１】
アンダーフィル材８２の注入後、アンダーフィル材８２を加熱し、アンダーフィル材８２を硬化させる。アンダーフィル材８２の硬化温度は半田３２のリフロー温度よりも低い。なお、アンダーフィル材８２が紫外線硬化性樹脂であれば、アンダーフィル材８２に対して紫外線を照射することで、アンダーフィル材８２を硬化させる。
以上により、電子部品１０の実装構造２が完成する。
【００３２】
以上のように本実施形態によれば、封止層２６の熱膨張率と回路基板８０の熱膨張率との差によって生じる応力が、弾性を有する樹脂コア３１によって緩和される。従って、電子部品１０の発熱・冷却が繰り返されても、半田３２に生じる応力変動が小さくなる。そのため、半田３２の疲労寿命が向上する。特に、樹脂コア３１が柱状電極２２の頭頂面に密着しているから、半田３２と柱状電極２２との界面近傍で半田３２が疲労することを防止することができる。
【００３３】
また、樹脂コア３１がポリイミド系樹脂等の耐熱性のある樹脂であるから、リフロー時に樹脂コア３１に熱損傷しない。
【００３４】
〔第２の実施の形態〕
図９は、第２実施形態における半導体装置１Ａの斜視図である。なお、第２実施形態と第１実施形態の互いに対応する部分には同一の符号を付す。
【００３５】
第２実施形態における封止層２６は、第１実施形態における封止層２６よりも薄い。
また、第２実施形態の半導体装置１Ａでは、柱状電極が設けられていない。そして、封止層２６のうち配線２１のランド（電極）２１ａ上には、開口２６ａが形成され、配線２１のランド２１ａが電子部品１０の電極となっている。
【００３６】
バンプ３０は、配線２１のランド２１ａ上に設けられている。バンプ３０の樹脂コア３１は、ランド２１ａの表面に密着した状態でランド２１ａ上に形成され、ランド２１ａに対して立てた状態に設けられている。半田３２は、樹脂コア３１を覆って、樹脂コア３１の周囲においてランド２１ａの表面に形成されている。
【００３７】
図１０は、実装構造２Ａを示したものである。図１０に示すように、回路基板８０の端子８１とランド２１ａが半田３２によって接合されており、半田３２が端子８１とランド２１ａに結合している。
【００３８】
以上に説明したことを除いて、第２実施形態と第１実施形態の互いに対応する部分は同様に設けられている。
また、第２実施形態におけるバンプ３０の製造方法は、バンプ３０を設置する箇所が配線２１のランド２１ａ上であることを除いて、第１実施形態におけるバンプ３０の製造方法と同様である。
また、第２実施形態における実装方法は、実装するものが半導体装置１Ａであることを除いて、第１実施形態における実装方法と同様である。
【００３９】
本実施形態においても、樹脂コア３１がランド２１ａに密着しているから、半田３２を容易に形成することができる。更に、半田３２の疲労寿命を樹脂コア３１によって向上させることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１、１Ａ  半導体装置
２、２Ａ  実装構造
１０  電子部品
１１  半導体基板
２１ａ  ランド（電極）
２２  柱状電極（電極、外部接続用電極）
２６  封止層
３０  バンプ
３１  樹脂コア
３２  半田
４０  半田接合体
８０  回路基板
８１  端子（第１の電極）
【図１】
2011166054.tif 000003
【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】
2011166054.tif 000011
【図１０】
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