(57)【要約】【課題】低温時や高温時の反りによる熱応力に対して半導体チップの端面部とフィレットとの界面を効率的に補強し、この界面での剥離等を防止することが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】半導体チップ２とインターポーザ７との間をアンダーフィル９で封止した半導体装置であって、半導体チップ２の端面部３の少なくとも一部に、深さ方向の幅Ｗ1が３０〜５０μｍの水平方向に沿った線状の凹凸部５を垂直方向に複数設けたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップとインターポーザとの間をアンダーフィルで封止した半導体装置であって、半導体チップの端面部の少なくとも一部に、深さ方向の幅が３０〜５０μｍの水平方向に沿った線状の凹凸部を垂直方向に複数設けたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
凹凸部は、端面部のエッチング、研磨、および研削から選ばれるいずれかの方法により形成されたものであることを特徴とする請求項１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、フリップチップ実装型の半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、樹脂封止型半導体装置は、高密度化、高集積化、および動作の高速化の傾向にあり、従来型のパッケージよりもさらに小型化、薄型化できる半導体チップのパッケージが求められているが、このような要求に対応するものとしてフリップチップ実装が一般に用いられている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
図３は、従来のフリップチップ実装型の半導体装置を示す断面図である。この半導体装置１００は、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップ２が、両面に回路が設けられた基板でありスルーホール等を介して両面の回路が導通するインターポーザ７の上面部に設けられている。なお、半導体チップ２の周囲に隣接して、チップ抵抗やチップコンデンサ等の電子部品１１がインターポーザ７に実装される場合もある。
【０００４】
インターポーザ７の下面部には、パッド電極にはんだボール８が接続され、半導体装置１００は、このはんだボール８により回路基板１２に接続される。
【０００５】
半導体チップ２は、その表面の電極に多数のバンプ６を形成した後、このバンプ６とインターポーザ７の上面部のパッド電極とを位置合わせして接触させた状態で、フェースダウンでインターポーザ７の上面部に載置される。そしてバンプ６を加熱溶融させた後に固化することにより、半導体チップ２の電極とインターポーザ７の上面部のパッド電極とが電気的に接続される。
【０００６】
また、半導体チップ２とインターポーザ７との間は、液状の樹脂組成物のアンダーフィル材を充填、硬化したアンダーフィル９により封止される。アンダーフィル９によりバンプ６を保護することができ、半導体チップ２とインターポーザ７との接合強度を高め、また、大気中の水分が半導体チップ２とインターポーザ７との間に侵入するのを防止して半導体装置１００のパッケージの耐湿性を向上させることができる。
【０００７】
このような構造のフリップチップ実装型の半導体装置１００は、実装面積が小さく、さらにバンプ６の高さは通常数１００μｍ以下と低く、ワイヤボンディング接続の場合のようにワイヤまで樹脂封止する必要がないので実装後の高さも低くすることができ、小型化、薄型化等の要求に応えることができる。
【０００８】
アンダーフィル９は、アンダーフィル材を充填する際に、その一部が半導体チップ２とインターポーザ７との間から外方に滲み出し、半導体チップ２の端面部３から外方にはアンダーフィル９のフィレット１０が形成される。このフィレット１０は、その基端部が半導体チップ２の端面部３に表面張力により付着し、その外方に傾斜しながら延びる形状を有している。
【０００９】
一方、半導体チップ２とインターポーザ７との間をアンダーフィル９により封止した後、半導体装置１００に熱が加わった場合、特に半導体チップ２とフィレット１０との界面およびインターポーザ７とフィレット１０との界面に応力を受ける。
【００１０】
このように応力を受けるとこれらの界面で剥離を生じる場合もあるため、従来、アンダーフィル材に低応力化剤を配合する等の対応がなされている。しかしながら、このような対応によっても信頼性の向上は必ずしも十分ではない場合もあり、半導体装置１００の信頼性をより高める技術が求められている。
【００１１】
このような技術として、図４に示すように、半導体チップ２の端面部３に、垂直方向に沿った線状の凹凸部１１０を水平方向に複数設け、端面部３の水平方向に全体として波状に凹凸部１１０を設けることが提案されている（特許文献３参照）。
【００１２】
このような波状の凹凸部１１０を設けることで、そのアンカー効果により半導体チップ２の端面部３とフィレット１０との界面の密着性が向上し、応力に対する一定の補強作用が期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−１５５４０５号公報
【特許文献２】特開２００２−１１０７３５号公報
【特許文献３】特開２００４−３０４０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、図４に示すような凹凸部１１０を設けることで、そのアンカー効果により半導体チップ２の端面部３とフィレット１０との界面の密着性がある程度向上し、応力に対する一定の補強作用が期待できるものの、低温時や高温時の熱応力によるストレス、例えばヒートサイクル時のストレスを考慮した場合、半導体チップ２の端面部３とフィレット１０との界面には引き裂き応力がかかることになる。
【００１５】
すなわち、半導体チップ２とインターポーザ７との熱膨張率の差により、低温では半導体チップ２側に凸側への反りが生じ、高温では逆にインターポーザ７側に凸側への反りが生じる。
【００１６】
このような半導体チップ２側およびインターポーザ７側への縦方向の反りは、いずれも半導体チップ２の端面部３とフィレット１０との界面において、界面から引き離す方向への応力、すなわち引き裂き応力を発生させる。
【００１７】
ところが、このような引き裂き応力に対して、図４に示すような凹凸部１１０では、凹凸の方向が垂直方向であるため引き裂き方向への補強にならず、低温時や高温時の熱応力による半導体チップ２の端面部３とフィレット１０との界面での剥離を十分に抑制することができず、そして半導体チップ２やフィレット１０自身の亀裂を誘発するおそれもあるという問題点があった。
【００１８】
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、低温時や高温時の反りによる熱応力に対して半導体チップの端面部とフィレットとの界面を効率的に補強し、この界面での剥離等を防止することが可能な半導体装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
【００２０】
第１に、本発明の半導体装置は、半導体チップとインターポーザとの間をアンダーフィルで封止した半導体装置であって、半導体チップの端面部の少なくとも一部に、深さ方向の幅が３０〜５０μｍの水平方向に沿った線状の凹凸部を垂直方向に複数設けたことを特徴とする。
【００２１】
第２に、上記第１の半導体装置において、凹凸部は、端面部のエッチング、研磨、および研削から選ばれるいずれかの方法により形成されたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
上記第１および第２の発明によれば、半導体チップの端面部の少なくとも一部に、深さ方向の幅が３０〜５０μｍの水平方向に沿った線状の凹凸部を垂直方向に複数設けることで、低温時や高温時の反りによる熱応力に対して、これに対抗するように水平方向に沿って設けられた線状の凹凸部がアンカーとして有効に作用する。従って、半導体チップの端面部とフィレットとの界面が効率的に補強され、この界面での剥離等を有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の半導体装置の実施形態におけるフィレットが形成された半導体チップの端面部の周辺を示す断面図である。
【図２】図１の半導体装置の斜視図である。
【図３】従来のフリップチップ実装型の半導体装置を示す断面図である。
【図４】半導体チップの端面部に、垂直方向に沿った線状の凹凸部を設けたフリップチップ実装型の半導体装置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００２５】
図１は、本発明の半導体装置の実施形態におけるフィレットが形成された半導体チップの端面部の周辺を示す断面図、図２は、図１の半導体装置の斜視図（半導体チップとインターポーザのみを示し、フィレット等のその他の構成部分は省略している。）である。
【００２６】
本実施形態の半導体装置は、図１に示すように、半導体チップ２の端面部３に、水平方向に沿った線状の凹凸部５を垂直方向に複数設けたことを特徴としている。
【００２７】
この凹凸部５を設けることで、図３の従来技術のように端面部３を平滑面とした場合や、図４に示すように端面部３に垂直方向に沿った線状の凹凸部１１０を設けた場合に比べて、低温時や高温時の反りによる熱応力に対して、これに対抗するように水平方向に沿って設けられた線状の凹凸部５がアンカーとして有効に作用する。
【００２８】
すなわち、半導体チップ２とインターポーザ７との熱膨張率の差により、低温では半導体チップ２側に凸側への反りが生じ、高温では逆にインターポーザ７側に凸側への反りが生じるが、図１に示すように水平方向に沿った線状の凹凸部５を設けることで、これらの凸側への反りによる半導体チップ２の端面部３とフィレット１０との界面での引き裂き応力に対して線状の凹凸部５が抵抗するように作用する。従って、この引き裂き応力に抵抗するのに適切な方向に設けた凹凸部５により、この界面が効率的に補強され、この界面での剥離等を有効に防止することができる。
【００２９】
凹凸部５は、図１の深さ方向の幅Ｗ1が３０〜５０μｍである。幅Ｗ1が３０μｍ未満であると半導体チップ２の端面部３とフィレット１０との界面での引き裂き応力に対する補強作用が不十分となる場合がある。一方、幅Ｗ1が５０μｍを超えると凹凸部５の機械的強度が低下し、半導体チップ２の端面部３とフィレット１０との界面での引き裂き応力に対する補強作用が不十分となる場合がある。
【００３０】
凹凸部５を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、端面部３のエッチング、研磨、研削等が挙げられる。その他、半導体チップ２のダイシングにより凹凸部５を形成してもよい。
【００３１】
半導体チップ２の形状は、特に限定されず、正方形、長方形、円形等のいずれであってもよい。凹凸部５は、半導体チップ２の端面部３の全体に設けることもできるが、端面部３の少なくとも一部に設けることによっても熱応力による半導体チップ２の端面部３とフィレット１０との界面での剥離等を抑制することができる。例えば、半導体チップ２の形状が正方形や長方形の場合には、凹凸部５は、半導体チップ２の少なくとも一辺に設けることができる。半導体チップ２の形状が円形の場合は、円周の１／４以上の範囲に凹凸部５を設けることが好ましい。
【００３２】
また、線状の凹凸部５は、半導体チップ２の端面部３の一辺において全て連続したものであってもよいが、その他、半導体チップ２の端面部３の一辺の長さに比べて短い線状の複数の凹凸部５が端面部３の一辺の各所に設けられたものであってもよい。
【００３３】
本実施形態の半導体装置の全体の構成は、図１に示した部分以外は、例えば図３に示すような従来と同様の構成とすることができる。そして本実施形態の半導体装置は、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップ２と、回路形成されたＦＲグレードやセラミック基板等のインターポーザ７との間をアンダーフィル材により封止することにより製造することができる。
【００３４】
例えば、インターポーザ７の上面部のパッド電極にバンプ６を介して半導体チップ２を接続し、次いでバンプ６間の隙間にアンダーフィル材をディスペンサ等を用いて塗布、充填した後、加熱硬化し、さらに半導体チップ２の全体を樹脂封止する等の工程を経て、フリップチップ実装による半導体装置を製造することができる。
【００３５】
アンダーフィル材としては、特に限定されないが、常温で液状のものを用いることができる。アンダーフィル材の粘度は、好ましくは２５℃で０．１〜１００Ｐａ・ｓ、より好ましくは０．５〜３０Ｐａ・ｓである。具体的には、例えば、エポキシ樹脂、硬化剤等を配合したエポキシ樹脂組成物をアンダーフィル材として用いることができる。
【００３６】
アンダーフィル材の加熱硬化の条件は、特に限定されるものではなくアンダーフィル材の種類に応じて適宜のものとすればよいが、例えば、エポキシ樹脂組成物の場合には１２０〜１７０℃、０．５〜５時間とすることができる。
【００３７】
本発明の半導体装置におけるパッケージ形態としては、各種のフリップチップ実装型のパッケージ、例えば、ベアーＩＣの場合は勿論、ＷＬＣＳＰ（Wafer Level Chip Size Package）、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＣＳＰ（Chip Size Package）等が挙げられる。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
＜実施例１〜４、比較例１〜５＞
直径８０μｍのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕバンプが２００μｍピッチで配置された半導体チップ（ＴＥＧチップ、１０ｍｍ×１０ｍｍ×３００μｍ）とインターポーザ（ＦＲ−４）との間にアンダーフィル材（パナソニック電工株式会社製「ＣＶ５１８６Ｓ」）を８０℃で充填し、その後１５０℃で１時間硬化した。
【００３９】
なお、インターポーザの上面部における半導体チップの端面部の位置から間隔をおいた位置にはアンダーフィル材の充填前に予め、チップ抵抗およびチップコンデンサを実装、配列した。
【００４０】
実施例１〜４では、半導体チップの端面部の一辺または四辺全てに、半導体チップの端面部を研削することにより、水平方向に沿った線状の凹凸部を垂直方向に複数設けた。凹凸部の深さ方向の幅は、３０μｍまたは５０μｍとした。
【００４１】
一方、比較例１では、凹凸部を設けずに四辺の端面部を全て平滑面とした半導体チップを用いた。比較例２〜４では、実施例１〜４と同様にして半導体チップの端面部に凹凸部を設けたが、凹凸部の深さ方向の幅は、１０μｍまたは８０μｍとした。比較例５では、半導体チップの端面部に、研削により図４に示すような垂直方向に沿った線状の凹凸部を水平方向に複数設けた半導体チップを用いた。
【００４２】
以上のようにして実施例１〜４、比較例１〜５のそれぞれについて２０個の半導体装置のパッケージを作製した。このパッケージを、液槽ヒートサイクルにてCondition B(−５５℃／＋１２５℃)の条件で３０００サイクル処理した。
【００４３】
このヒートサイクル試験後のパッケージについて、半導体チップの端面部とフィレットとの界面における剥離の有無により次の基準に従って評価した。
○：２０個のパッケージの全てについて剥離無し
△：２０個のパッケージ中、１〜４個のパッケージについて剥離有り
×：２０個のパッケージ中、５個以上のパッケージについて剥離有り
評価結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
表１より、半導体チップの端面部の少なくとも一部に、深さ方向の幅が３０〜５０μｍの水平方向に沿った線状の凹凸部を垂直方向に複数設けた実施例１〜４では、凹凸部が半導体チップの端面部とフィレットとの界面を補強し、界面での剥離は見られなかった。
【００４６】
これに対して半導体チップの端面部に凹凸部を設けずに四辺の端面部を全て垂直面とした比較例１では、多数のパッケージにおいて半導体チップの端面部とフィレットとの界面での剥離が見られた。
【００４７】
比較例２〜４では、半導体チップの端面部に深さ方向の幅が３０μｍ未満または５０μｍを超える凹凸部を設けたが、半導体チップの端面部とフィレットとの界面での剥離が見られた。
【００４８】
比較例５では、半導体チップの端面部に垂直方向に沿った線状の凹凸部を設けたが、半導体チップの端面部とフィレットとの界面での剥離が見られた。
【符号の説明】
【００４９】
２      半導体チップ
３      端面部
５      凹凸部
７      インターポーザ
９      アンダーフィル
Ｗ1       深さ方向の幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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