(57)【要約】【課題】ボールによって基板に半導体チップを接合する際にボール表面のハンダ部分に応力が集中するのを抑制すると共に、ハンダの導通部分の表面積を増加させた半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る半導体装置は、プリント配線基板２と、このプリント配線基板２上に形成された実装パッド９と、前記プリント配線基板２上にフェイスダウンで実装された半導体チップ１と、前記半導体チップ１に形成された電極パッド部４と、前記電極パッド部４と前記実装パッド９との間に配置され、該電極パッド部４と該実装パッド９とを電気的に接続する外部端子１１と、を具備し、前記外部端子１１は複数のボール８を有しており、前記ボール８は、コア部と、該コア部の表面を被覆したハンダ部と、を有するものである。【選択図】        図１
2004296806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
前記半導体チップに形成された電極パッド部と、
前記電極パッド部上に配置された複数のボールを有する外部端子と、
を具備し、
前記ボールは、コア部と、該コア部の表面を被覆したハンダ部と、を有するものである半導体装置。
【請求項２】
絶縁膜上に形成された電極パッド部と、
前記電極パッド部上に形成されたパッシベーション膜と、
前記パッシベーション膜に形成された、前記電極パッド部上に位置する開口部と、
前記開口部内の前記電極パッド部上に配置された複数のボールを有する外部端子と、
を具備し、
前記ボールは、コア部と、該コア部の表面を被覆したハンダ部と、を有するものである半導体装置。
【請求項３】
実装基板と、
前記実装基板上に形成された実装パッドと、
前記実装基板上にフェイスダウンで実装された半導体チップと、
前記半導体チップに形成された電極パッド部と、
前記電極パッド部と前記実装パッドとの間に配置され、該電極パッド部と該実装パッドとを電気的に接続する外部端子と、
を具備し、
前記外部端子は複数のボールを有しており、
前記ボールは、コア部と、該コア部の表面を被覆したハンダ部と、を有するものである半導体装置。
【請求項４】
前記外部端子は、前記ボールの層が３層以上形成されている請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記コア部は樹脂からなる請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体基板の上方に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に電極パッド部を形成する工程と、
前記電極パッド部上にパッシベーション膜を形成する工程と、
前記パッシベーション膜に、前記電極パッド部上に位置する開口部を形成する工程と、
前記開口部内の前記電極パッド部上に複数のボールを有する外部端子を形成する工程と、
を具備し、
前記ボールは、コア部と、該コア部の表面を被覆したハンダ部と、を有するものである半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記外部端子を形成する工程は、コア部の表面にハンダ部を被覆したボールを複数準備し、前記ボールを溶剤に混合して外部端子材料を作製し、前記外部端子材料を前記電極パッド部上に塗布することにより外部端子を形成する工程である請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記外部端子を形成する工程の後に、リフローを行い、実装基板上の実装パッドに前記外部端子を接続する工程をさらに具備する請求項６又は７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
電極パッド部を有する半導体チップを準備する工程と、
コア部の表面にハンダ部を被覆したボールを複数準備し、前記ボールを溶剤に混合して外部端子材料を作製し、前記外部端子材料を前記電極パッド部上に塗布することにより、該電極パッド部上に前記ボールを複数有する外部端子を形成する工程と、
実装パッドを有する実装基板を準備し、前記実装パッドと前記外部端子を位置合わせして接続し、前記実装基板上にフェイスダウンで半導体チップを実装する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部端子を有する半導体装置及びその製造方法に係わり、特に、ボールによって基板に半導体チップを接合する際にボール表面のハンダ部分に応力が集中するのを抑制すると共に、ハンダの導通部分の表面積を増加させた半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の半導体装置を示す断面図である。
図３に示す半導体装置は、半導体チップ１０１をフェイスダウンでプリント配線基板１０２に実装したものである。
半導体チップ１０１は図示せぬシリコン基板を有しており、このシリコン基板の下方には層間絶縁膜１０３が形成されている。この層間絶縁膜１０３の下にはＡｌ合金膜からなる電極パッド部１０４が形成されており、この電極パッド部１０４はＡｌ合金配線（図示せず）を介して半導体素子（図示せず）に電気的に接続されている。電極パッド部１０４及び層間絶縁膜１０３の下にはシリコン窒化膜などからなるパッシベーション膜１０５が形成されており、このパッシベーション膜１０５には電極パッド部１０４下に位置する開口部が形成されている。
【０００３】
このような半導体チップ１０１の電極パッド部１０４の表面にソルダーペースト（図示せず）を塗布し、樹脂コア１０６にハンダメッキ１０７を施したボール１０８を前記電極パッド部１０４に搭載し、この搭載したボール１０８をプリント配線基板１０２上の実装パッド１０９に接合する。このようにしてプリント配線基板に実装された半導体装置を作製する。なお、前記ボール１０８の直径は３００μｍ程度である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の半導体装置において、ボール１０８と実装パッド１０９を接合した後は、図３に示すように樹脂コア１０６の周囲に完全にハンダメッキ１０７が覆われた状態となる。その結果、実装時に半導体チップ１０１に加えられるほとんどの応力がハンダメッキ１０７の部分にかかる。このため、実装時にボール１０８に圧力が加えられた際、その圧力がボール１０８を介してパッシベーション膜１０５に伝わり、このパッシベーション膜１０５にクラックが発生することがある。このようなクラックが発生すると半導体装置の信頼性が低下してしまう。
【０００５】
また、上記従来の半導体装置では、１個のボールのハンダ部分でしか電極パッド部１０４と実装パッド１０９の間の導通をとることができないため、１個のボール１０８では導通面積が小さいという問題もある。
【０００６】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、ボールによって基板に半導体チップを接合する際にボール表面のハンダ部分に応力が集中するのを抑制すると共に、ハンダの導通部分の表面積を増加させた半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置は、半導体チップと、
前記半導体チップに形成された電極パッド部と、
前記電極パッド部上に配置された複数のボールを有する外部端子と、
を具備し、
前記ボールは、コア部と、該コア部の表面を被覆したハンダ部と、を有するものである。
【０００８】
上記半導体装置によれば、半導体チップの電極パッド部に、ハンダ部が被覆されたボールを複数有する外部端子を配置している。このようにボールを単数ではなく複数有する外部端子としているため、従来技術のようにボールの表面のハンダ部分に応力が集中することがなく、ボール内のコア部に応力を分散させることができる。つまり、実装時に複数のボールに圧力が加えられた際、その圧力をボール内のコア部によって緩和することができる。また、外部端子は複数のボールを有するため、従来の１個のボールに比べてボール表面のハンダの導通部分の表面積（導通面積）を増やすことができる。
【０００９】
本発明に係る半導体装置は、絶縁膜上に形成された電極パッド部と、
前記電極パッド部上に形成されたパッシベーション膜と、
前記パッシベーション膜に形成された、前記電極パッド部上に位置する開口部と、
前記開口部内の前記電極パッド部上に配置された複数のボールを有する外部端子と、
を具備し、
前記ボールは、コア部と、該コア部の表面を被覆したハンダ部と、を有するものである。
【００１０】
上記半導体装置によれば、半導体チップの電極パッド部に、ハンダ部が被覆されたボールを複数有する外部端子を配置している。このようにボールを単数ではなく複数有する外部端子としているため、従来技術のようにボールの表面のハンダ部分に応力が集中することがなく、ボール内のコア部に応力を分散させることができる。つまり、実装時に複数のボールに圧力が加えられた際、その圧力をボール内のコア部によって緩和することができる。従って、パッシベーション膜にクラックが発生することを抑制することができる。また、外部端子は複数のボールを有するため、従来の１個のボールに比べてボール表面のハンダの導通部分の表面積（導通面積）を増やすことができる。
【００１１】
本発明に係る半導体装置は、実装基板と、
前記実装基板上に形成された実装パッドと、
前記実装基板上にフェイスダウンで実装された半導体チップと、
前記半導体チップに形成された電極パッド部と、
前記電極パッド部と前記実装パッドとの間に配置され、該電極パッド部と該実装パッドとを電気的に接続する外部端子と、
を具備し、
前記外部端子は複数のボールを有しており、
前記ボールは、コア部と、該コア部の表面を被覆したハンダ部と、を有するものである。
【００１２】
上記半導体装置によれば、半導体チップの電極パッド部と実装基板の実装パッドを複数のボールを有する外部端子によって接続することにより、ボールの相互間に隙間を形成できる。このため、従来技術のようにボール表面のハンダ部分に応力が集中することがなく、ボール内のコア部に応力を分散させることができる。つまり、実装時に複数のボールに圧力が加えられた際、その圧力をボール内のコア部によって緩和することができる。また、外部端子は複数のボールを有するため、従来の１個のボールに比べてボール表面のハンダの導通部分の表面積（導通面積）を増やすことができる。
【００１３】
また、本発明に係る半導体装置において、前記外部端子は、前記ボールの層が３層以上形成されていることが好ましい。
また、本発明に係る半導体装置において、前記コア部は樹脂からなることも可能である。
【００１４】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の上方に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に電極パッド部を形成する工程と、
前記電極パッド部上にパッシベーション膜を形成する工程と、
前記パッシベーション膜に、前記電極パッド部上に位置する開口部を形成する工程と、
前記開口部内の前記電極パッド部上に複数のボールを有する外部端子を形成する工程と、
を具備し、
前記ボールは、コア部と、該コア部の表面を被覆したハンダ部と、を有するものである。
【００１５】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記外部端子を形成する工程は、コア部の表面にハンダ部を被覆したボールを複数準備し、前記ボールを溶剤に混合して外部端子材料を作製し、前記外部端子材料を前記電極パッド部上に塗布することにより外部端子を形成する工程であることも可能である。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法においては、前記外部端子を形成する工程の後に、リフローを行い、実装基板上の実装パッドに前記外部端子を接続する工程をさらに具備することも可能である。
【００１６】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、電極パッド部を有する半導体チップを準備する工程と、
コア部の表面にハンダ部を被覆したボールを複数準備し、前記ボールを溶剤に混合して外部端子材料を作製し、前記外部端子材料を前記電極パッド部上に塗布することにより、該電極パッド部上に前記ボールを複数有する外部端子を形成する工程と、
実装パッドを有する実装基板を準備し、前記実装パッドと前記外部端子を位置合わせして接続し、前記実装基板上にフェイスダウンで半導体チップを実装する工程と、
を具備する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態による半導体装置を示す断面図である。
図１に示す半導体装置は、半導体チップ１をフェイスダウンでプリント配線基板（実装基板）２に実装したものである。
【００１８】
半導体チップ１は図示せぬシリコン基板を有しており、このシリコン基板の下方には層間絶縁膜３が形成されている。この層間絶縁膜３の下にはＡｌ合金膜からなる電極パッド部４が形成されており、この電極パッド部４はＡｌ合金配線（図示せず）を介して半導体素子（図示せず）に電気的に接続されている。電極パッド部４及び層間絶縁膜３の下にはシリコン窒化膜などからなるパッシベーション膜５が形成されており、このパッシベーション膜５には電極パッド部４下に位置する開口部が形成されている。
【００１９】
電極パッド部４の表面にソルダーペースト（図示せず）を塗布し、樹脂からなるコア部（樹脂コア）にハンダメッキを施したボール８を複数準備し、これらのボール８を溶剤１０に混合し、この混合したもの（即ち外部端子１１の材料）をインクジェット方式などで半導体チップ１の電極パッド部４に塗布し、この塗布された外部端子１１をプリント配線基板２上の実装パッド９に接合する。このようにしてプリント配線基板２に半導体チップ１が実装される。前記ボール８の直径は３０μｍ程度又は３０μｍ以下であり、外部端子１１の高さは１００μｍ程度又は１００μｍ以下である。
【００２０】
次に、図１に示す半導体装置を製造する方法について図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照しつつ説明する。図２（Ａ）は、複数のボールからなる外部端子を電極パッド部に搭載した半導体チップを示す断面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示すボールを拡大した断面図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）に示す半導体チップを実装するプリント配線基板である。
【００２１】
まず、図２（Ａ）に示すように、シリコン基板（図示せず）の上方にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりシリコン酸化膜などからなる層間絶縁膜３を堆積する。次いで、この層間絶縁膜３上にスパッタ法によりＡｌ合金膜を堆積する。次に、このＡｌ合金膜上にフォトレジスト膜（図示せず）を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、Ａｌ合金膜上にはレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとしてＡｌ合金膜をエッチングすることにより、層間絶縁膜３上にはＡｌ合金膜からなる電極パッド部４及びＡｌ合金配線（図示せず）が形成される。電極パッド部４はＡｌ合金配線を介して図示せぬ半導体素子に電気的に接続されている。
【００２２】
この後、電極パッド部４及び層間絶縁膜３の上にＣＶＤ法によりシリコン窒化膜などからなるパッシベーション膜５を堆積する。次に、このパッシベーション膜５上にレジスト膜（図示せず）を塗布し、このレジスト膜を露光、現像することにより、パッシベーション膜上にはレジストパターンが形成される。次に、このレジストパターンをマスクとしてパッシベーション膜をエッチングすることにより、パッシベーション膜に電極パッド部４の上に位置する開口部５ａが形成される。次いで、前記レジストパターンを剥離する。
【００２３】
次に、電極パッド部４の表面にソルダーペースト（図示せず）を塗布する。次いで、図２（Ｂ）に示すような樹脂からなるコア部（樹脂コア）６にハンダメッキ７を施したボール８を複数準備する。樹脂コア６は、例えばエポキシ樹脂により製造されたものであって略球形状を有している。尚、本実施の形態では、樹脂からなるコア部を用いているが、実装時に応力を緩和できる材料であれば、他の材料からなるコア部を用いることも可能である。また、本実施の形態では、樹脂コア６にハンダメッキ７を施したボール８を用いているが、ハンダであればハンダメッキ以外のものを樹脂コアに施したボールを用いることも可能である。
【００２４】
次いで、前記複数のボール８を例えば有機溶剤１０などに混合し、この混合したものをインクジェット方式などで半導体チップ１の電極パッド部４に図２（Ａ）に示すように塗布して外部端子１１とする。この外部端子１１はボール８の層が３層以上形成されていることが好ましく、ボール８の直径は３０μｍ程度又は３０μｍ以下とすることが好ましい。尚、本実施の形態では、外部端子１１の材料としてボール８を溶剤１０に混合したものを用いているが、ボールをハンダクリーム又はハンダペーストなどに混合して印刷したものを外部端子の材料として用いることも可能である。
【００２５】
次いで、図２（Ｃ）に示すプリント配線基板２を準備する。このプリント配線基板２は実装パッド９及びこれに接続された配線パターン（図示せず）を有している。
次いで、図２（Ａ）に示す状態の半導体チップ１をプリント配線基板２にフェイスダウンで実装する。すなわち、塗布された溶剤１０と混合した複数のボール８をリフローしてプリント配線基板２上の実装パッド９に接合することにより、図１に示すように、プリント配線基板２に半導体チップ１が実装される。
【００２６】
上記実施の形態によれば、半導体チップの電極パッド部４とプリント配線基板２の実装パッド９を複数のボール８によって接続することにより、ボール８の相互間に隙間ができる。このため、ボール８の表面のハンダ部分に応力が集中することがなく、ボール内の樹脂コア６に応力を分散させることができる。つまり、実装時に複数のボール８に圧力が加えられた際、その圧力をボール内の樹脂コア６によって緩和することができる。従って、従来の半導体装置のようにパッシベーション膜にクラックが発生することを抑制することができ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００２７】
また、本実施の形態では、複数のボール８の塊を用いており、従来の１個のボールに比べてボールの個数を大幅に増やしている。このため、ボール８の表面のハンダ部分の表面積（導通面積）を増やすことができる。従って、電極パッド４と実装パッド９との接続部の信頼性を向上させることができる。
【００２８】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。
また、本実施の形態では、インクジェット方式で溶剤１０に混合した複数のボール８を電極パッド部４に塗布しているが、インクジェット方式以外の方法で溶剤に混合した複数のボールを電極パッド部に搭載することも可能であり、例えば、溶剤に混合した複数のボールを電極パッド部に載せる程度の大きさにした後、短時間のリフローを行って複数のボールの塊とし、その複数のボールの塊を電極パッド部に搭載することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による半導体装置を示す断面図。
【図２】図１に示す半導体装置を製造する方法を説明する断面図。
【図３】従来の半導体装置を示す断面図。
【符号の説明】
１，１０１…半導体チップ、２，１０２…プリント配線基板、３，１０３…層間絶縁膜、４，１０４…電極パッド部、５，１０５…パッシベーション膜、５ａ…開口部、６，１０６…樹脂コア、７，１０７…ハンダメッキ、８，１０８…ボール、９，１０９…実装パッド、１０…溶剤、１１…外部端子
【図１】
2004296806.tif 000003
【図２】
2004296806.tif 000004
【図３】
2004296806.tif 000005