(57)【要約】【課題】  半田ボールを備えたＣＳＰと呼ばれる半導体装置において、半田ボールとそれを支持する支持部との界面にクラックがより一層発生しにくいようにする。【解決手段】  封止膜１０の上面には樹脂フィルムからなる上層保護膜１３が接着層１４を介して接着されている。上層保護膜１３の上面には銅箔からなる上層配線１７が柱状電極９上に設けられた第１、第２の表面処理層１１、１２に接続されて設けられている。上層配線１７の接続パッド部上面には半田ボール２０が設けられている。そして、樹脂フィルムからなる上層保護膜１３によっても応力を緩和することができるので、半田ボール２０と上層配線１７の接続パッド部との界面にクラックがより一層発生しにくいようにすることができる。【選択図】  図１
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【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設けられた複数の柱状電極と、前記半導体基板上において前記柱状電極の周囲に設けられた封止膜と、前記封止膜上に設けられ、前記柱状電極の上面に対応する部分に開口部を有する樹脂からなる上層保護膜と、前記上層保護膜上に該上層保護膜の開口部を介して前記柱状電極の上面に接続されて設けられた上層配線と、前記上層配線の接続パッド部上に設けられた半田ボールとを具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、前記上層保護膜は樹脂フィルムからなることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の発明において、前記樹脂フィルムは、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ガラス基材エポキシ樹脂のいずれかであることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項２に記載の発明において、前記上層保護膜は前記封止膜の上面に接着層を介して接着されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項２に記載の発明において、前記上層配線は、前記上層保護膜の上面にラミネートされた金属箔をパターニングしたものによって形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の発明において、前記上層配線は、前記上層保護膜の開口部を介して前記柱状電極上に設けられた表面処理層に熱圧着されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の発明において、前記上層保護膜は塗布された樹脂膜によって形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項７に記載の発明において、前記上層配線は電解メッキにより形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部以外を覆うオーバーコート膜を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
半導体ウエハの上面側に複数の柱状電極および該柱状電極の周囲を覆う封止膜を形成する工程と、
前記封止膜上に、前記柱状電極の上面に対応する部分に開口部を有する樹脂フィルムからなる上層保護膜を配置し、且つ、前記上層保護膜の上面に予め形成された上層配線を前記上層保護膜の開口部を介して前記柱状電極の上面に接続させる工程と、
前記上層配線の接続パッド部上に半田ボールを形成する工程と、
前記半導体ウエハ、前記封止膜および前記上層保護膜を切断して複数個の半導体装置を得る工程と、
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１１】
請求項１０に記載の発明において、前記上層保護膜を前記封止膜の上面に接着層を介して接着することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の発明において、前記上層配線は、前記上層保護膜の上面にラミネートされた金属箔をパターニングしたものによって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。
【請求項１３】
請求項１０に記載の発明において、前記樹脂フィルムは、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ガラス基材エポキシ樹脂のいずれかであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載の発明において、前記上層配線を前記柱状電極上に設けられた表面処理層に熱圧着することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の発明において、前記表面処理層は、第１の表面処理層であるニッケルおよび第２の表面処理層である金からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
半導体ウエハの上面側に複数の柱状電極および該柱状電極の周囲を覆う封止膜を形成する工程と、
前記封止膜上に、前記柱状電極の上面に対応する部分に開口部を有する樹脂からなる上層保護膜を形成する工程と、
前記上層保護膜の上面に上層配線を前記上層保護膜の開口部を介して前記柱状電極の上面に接続させて形成する工程と、
前記上層配線の接続パッド部上に半田ボールを形成する工程と、
前記半導体ウエハ、前記封止膜および前記上層保護膜を切断して複数個の半導体装置を得る工程と、
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１７】
請求項１０または１６に記載の発明において、前記半田ボールを形成する工程の前に、前記上層配線の接続パッド部以外を覆うオーバーコート膜を形成する工程を有す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およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置には、ＣＳＰ(chip size package)と呼ばれるもので、半導体基板上に設けられた絶縁膜の上面に配線が設けられ、配線の接続パッド部上面に柱状電極が設けられ、配線を含む絶縁膜の上面に封止膜がその上面が柱状電極の上面と面一となるように設けられ、柱状電極の上面に半田ボールが設けられたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４９４６１号公報
【０００４】
上記従来の半導体装置では、当該半導体装置を回路基板上に実装した後において、温度サイクル試験等を行なったとき、半導体基板と回路基板との間の熱膨張係数差に起因して発生する応力を緩和する機能を有している。すなわち、柱状電極は、それ自体が適宜に弾性変形して傾斜することにより、上記応力を吸収し、柱状電極と半田ボールとの界面にクラックが発生するのを防止する機能を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の半導体装置では、柱状電極により応力を緩和することができるとは言っても、それには限界がある。このため、例えば半導体基板のサイズが大きくなるにつれて上記応力が増大すると、柱状電極と半田ボールとの界面にクラックが発生してしまうことがある。
【０００６】
そこで、この発明は、半田ボールとそれを支持する支持部との界面にクラックがより一層発生しにくいようにすることができる半導体装置およびそ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】
この発明は、上記目的を達成するため、柱状電極を含む封止膜上に樹脂からなる上層保護膜を設け、上層保護膜上に上層配線を柱状電極の上面に接続させて設け、上層配線の接続パッド部上に半田ボールを設けるようにした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、柱状電極を含む封止膜と半田ボールとの間に樹脂からなる上層保護膜を設けているので、柱状電極のほかに、樹脂からなる上層保護膜によっても応力を緩和することができ、ひいては半田ボールとそれを支持する支持部すなわち上層配線の接続パッド部との界面にクラックがより一層発生しにくいようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置は、一般的にはＣＳＰと呼ばれるものであり、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（図示せず）が設けられ、上面周辺部にはアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド２が集積回路に接続されて設けられている。
【００１０】
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絶縁膜３が設けられ、接続パッド２の中央部は絶縁膜３に設けられた開口部４を介して露出されている。絶縁膜３の上面にはポリイミド樹脂等からなる保護膜５が設けられている。絶縁膜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。
【００１１】
保護膜５の上面には銅等からなる下地金属層７が設けられている。下地金属層７の上面全体には銅からなる配線８が設けられている。下地金属層７を含む配線８の一端部は、絶縁膜３および保護膜５の開口部４、６を介して接続パッド２に接続されている。配線８の接続パッド部上面には銅からなる柱状電極９が設けられている。配線８を含む保護膜５の上面にはエポキシ樹脂等からなる封止膜１０がその上面が柱状電極９の上面と面一となるように設けられている。柱状電極９の上面にはニッケルからなる第１の表面処理層１１および金からなる第２の表面処理層１２が設けられている。
【００１２】
封止膜１０の上面には樹脂フィルムからなる上層保護膜１３が接着層１４を介して接着されている。樹脂フィルムは、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ガラス基材エポキシ樹脂等からなっている。この場合、第１、第２の表面処理層１１、１２は、上層保護膜１３および接着層１４に設けられた開口部１５、１６内に配置されている。上層保護膜１３の上面には銅箔（金属箔）からなる上層配線１７が上層保護膜１３の開口部１５を介して第２の表面処理層１２に接続されて設けられている。
【００１３】
上層配線１７を含む上層保護膜１３の上面にはソルダーレジスト等からなるオーバーコート膜１８が設けられている。上層配線１７の接続パッド部に対応する部分におけるオーバーコート膜１８には開口部１９が設けられている。オーバーコート膜１８の開口部１９内およびその上方には半田ボール２０が上層配線１７の接続パッド部に接続されて設けられている。
【００１４】
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２に示すように、ウエハ状態のシリコン基板（以下、半導体ウエハ２１という）上に、接続パッド２、絶縁膜３、保護膜５、下地金属層７、配線８、柱状電極９および封止膜１０が形成されたものを用意する。この状態では、封止膜１０の上面は柱状電極９の上面と面一となっている。なお、図２において、符号２２で示す領域はダイシングラインに対応する領域である。
【００１５】
次に、図３に示すように、柱状電極９の上面に、無電解メッキ、メタルマスクを用いたスパッタ等により、ニッケルからなる第１の表面処理層１１および金からなる第２の表面処理層１２を形成する。
【００１６】
次に、図４の上側に示すように、樹脂フィルムからなる上層保護膜１３の下面に接着層１４が形成され、柱状電極９に対応する部分における上層保護膜１３および接着層１４に開口部１５、１６が形成され、上層保護膜１３の上面に上層配線１７が上層保護膜１３の開口部１５を覆うように形成され、上層配線１７を含む上層保護膜１３の上面にオーバーコート膜１８が形成され、上層配線１７の接続パッド部に対応する部分におけるオーバーコート膜１８に開口部１９が形成されたものを用意する。
【００１７】
この用意したものの形成方法としては、一例として、まず、樹脂フィルムからなる上層保護膜１３の上面に銅箔（金属箔）がラミネートされたものを用意する。次に、柱状電極９（第１、第２の表面処理層１１、１２）に対応する部分における上層保護膜１３に、フォトリソグラフィ法により、開口部１５を形成する。次に、銅箔をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、上層配線１７を形成する。次に、上層配線１７の表面および上層保護膜１３の開口部１５を介して露出された下面に、無電解メッキにより、錫層（図示せず）を形成する。
【００１８】
次に、上層配線１７を含む上層保護膜１３の上面に、スクリーン印刷法、スピンコート法等により、ソルダーレジスト等からなるオーバーコート膜１８を形成する。この場合、上層配線１７の接続パッド部に対応する部分におけるオーバーコート膜１８には開口部１９が形成されている。次に、上層保護膜１３の下面に、スクリーン印刷法により、熱硬化性を有するエポキシ樹脂等からなる接着層１４をパターン形成する。この状態では、上層保護膜１３の開口部１５に対応する部分における接着層１４には開口部１６が形成されている。かくして、図４の上側に図示するものが得られる。
【００１９】
次に、図５に示すように、上層保護膜１３および接着層１４の開口部１５、１６内に第１、第２の表面処理層１１、１２を相対的に進入させた状態で、接着層１４を封止膜１０の上面に貼り付ける。次に、図示しないヒーターブロックを用いて、オーバーコート膜１８の上側から加熱加圧する。すると、接着層１４が加熱されて硬化し、上層保護膜１３が封止膜１０の上面に接着層１４を介して接着される。
【００２０】
また、上層保護膜１３および接着層１４の開口部１５、１６を介して露出された上層配線１７の下面に形成された錫層と金からなる第２の表面処理層１２とが固層拡散により合金化され、上層配線１７の当該下面が第１、第２の表面処理層１１、１２等を介して柱状電極９の上面に熱圧着される。なお、この熱圧着のみで、上層配線１７を含む上層保護膜１３と柱状電極９を含む封止膜１０との接続強度に問題がなければ、接着層１４を省略してもよい。
【００２１】
次に、図６に示すように、オーバーコート膜１８の開口部１９内およびその上方に半田ボール２０を上層配線１７の接続パッド部に接続させて形成する。次に、図７に示すように、ダイシングライン２２に沿って、オーバーコート膜１８、上層保護膜１３、接着層１４、封止膜１０、保護膜５、絶縁膜３および半導体ウエハ２１を切断すると、図１に示す半導体装置が複数個得られる。
【００２２】
このようにして得られた半導体装置では、柱状電極９を含む封止膜１０と半田ボール２０との間に樹脂フィルムからなる上層保護膜１３を設けているので、柱状電極９のほかに、樹脂フィルムからなる上層保護膜１３によっても応力を緩和することができ、ひいては半田ボール２０と上層配線１７の接続パッド部との界面にクラックがより一層発生しにくいようにすることができる。
【００２３】
（第２実施形態）
図８はこの発明の第２実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図１に示す半導体装置と異なる点は、柱状電極９を含む封止膜１０の上面にポリイミド樹脂等からなる上層保護膜３１を設け、柱状電極９の上面中央部に対応する部分における上層保護膜３１に開口部３２を設け、上層保護膜３１の上面に銅等からなる上層下地金属層３３を含む銅からなる上層配線３４を上層保護膜３１の開口部３２を介して柱状電極９の上面に接続させて設けた点である。
【００２４】
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２に示すものを用意した後に、図９に示すように、スクリーン印刷法、スピンコート法等により、柱状電極９を含む封止膜１０の上面にポリイミド樹脂等からなる上層保護膜３１を形成する。この場合、柱状電極９の上面中央部に対応する部分における上層保護膜３１には開口部３２が形成されている。
【００２５】
次に、図１０に示すように、上層保護膜３１の開口部３２を介して露出された柱状電極９の上面を含む上層保護膜３１の上面全体に、銅の無電解メッキ等により、上層下地金属層３３を形成する。次に、上層下地金属層３３の上面にメッキレジスト膜３５を形成する。この場合、上層配線３４形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜３５には開口部３６が形成されている。
【００２６】
次に、上層下地金属層３３をメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜３５の開口部３６内の上層下地金属層３３の上面に上層配線３４を形成する。次に、メッキレジスト膜３５を剥離し、次いで、上層配線３４をマスクとして上層下地金属層３３の不要な部分をエッチングして除去すると、図１１に示すように、上層配線３４下にのみ上層下地金属層３３が残存される。
【００２７】
次に、図１２に示すように、上層配線３４を含む上層保護膜３１の上面に、スクリーン印刷法、スピンコート法等により、ソルダーレジスト等からなるオーバーコート膜１８を形成する。この場合、上層配線３４の接続パッド部に対応する部分におけるオーバーコート膜１８には開口部１９が形成されている。
【００２８】
次に、オーバーコート膜１８の開口部１９内およびその上方に半田ボール２０を上層配線３４の接続パッド部に接続させて形成する。次に、図１３に示すように、ダイシングライン２２に沿って、オーバーコート膜１８、上層保護膜３１、封止膜１０、保護膜５、絶縁膜３および半導体ウエハ２１を切断すると、図８に示す半導体装置が複数個得られる。
【００２９】
このようにして得られた半導体装置では、柱状電極９を含む封止膜１０と半田ボール２０との間に塗布されたポリイミド樹脂等からなる上層保護膜３１を設けているので、柱状電極９のほかに、塗布されたポリイミド樹脂等からなる上層保護膜３１によっても応力を緩和することができ、ひいては半田ボール２０と上層配線３５の接続パッド部との界面にクラックがより一層発生しにくいようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の第１実施形態としての半導体装置の断面図。
【図２】図１に示す半導体装置の製造方法において、当初用意したものの断面図。
【図３】図２に続く工程の断面図。
【図４】図３に続く工程の断面図。
【図５】図４に続く工程の断面図。
【図６】図５に続く工程の断面図。
【図７】図６に続く工程の断面図。
【図８】この発明の第２実施形態としての半導体装置の断面図。
【図９】図８に示す半導体装置の製造方法において、所定の工程の断面図。
【図１０】図９に続く工程の断面図。
【図１１】図１０に続く工程の断面図。
【図１２】図１１に続く工程の断面図。
【図１３】図１２に続く工程の断面図。
【符号の説明】
【００３１】
１  シリコン基板
２  接続パッド
３  絶縁膜
５  保護膜
７  下地金属層
８  配線
９  柱状電極
１０  封止膜
１１  第１の表面処理層
１２  第２の表面処理層
１３  上層保護膜
１４  接着層
１７  上層配線
１８  オーバーコート膜
２０  半田ボール
２１  半導体ウエハ
３１  上層保護膜
３３  上層下地金属層
３４  上層配線
【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】
2008060100.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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