(57)【要約】【課題】半導体素子２の表面上を被覆する絶縁層１０の周辺端部に空気層が形成されず、かつ空気層が残存しないようにする。【解決手段】半導体キャリア３の配線電極４と半導体素子２の電極とが突起電極１により電気的に接続され、半導体キャリア３と半導体素子２との間に封止樹脂６が形成され、半導体素子２の半導体キャリア３側の表面で半導体素子２の電極より内側に絶縁層１０が形成されるとともに、この絶縁層１０の端面が半導体素子２の表面に対して傾斜している。これにより、封止樹脂６を注入する際に半導体素子２の表面を被覆する絶縁層１０の各四辺の周辺端部に空気層が生じても、空気層を絶縁層１０の傾斜した端面に沿って絶縁層１０表面に逃がすことが可能となる。このため、絶縁層１０の端面に空気層が残存しないようになり、高い品質、信頼性を実現することができる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体キャリアの配線電極と半導体素子の電極とが突起電極により電気的に接続され、前記半導体キャリアと前記半導体素子との間に封止樹脂が形成され、前記半導体素子の前記半導体キャリア側の表面で前記半導体素子の電極より内側に絶縁層が形成されるとともに、この絶縁層の端面が前記半導体素子の表面に対して傾斜していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
絶縁層は、半導体素子の表面に平行な断面が半導体素子の表面に近づくほど拡がっている請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
絶縁層の半導体素子に接している端部は、前記半導体素子の辺の中央部近傍から前記半導体素子の角部近傍に向かって湾曲している請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
絶縁層の厚みは、半導体素子の中央部から前記半導体素子の辺に向かって薄くなっている請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体素子の表面の電極を除く領域に、その端面が前記半導体素子の表面に対して傾斜するように絶縁層を形成する工程と、前記半導体素子の電極に突起電極を形成する工程と、前記半導体キャリアの配線電極と前記突起電極とを電気的に接続する工程と、前記半導体素子と前記半導体キャリアとの間に封止樹脂を注入する工程とを含む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】
この発明は、情報通信機器、事務用電子機器、家庭用電子機器、測定装置、組立ロボット等の産業用電子機器、医療用電子機器、電子玩具等の小型化を容易にする半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の半導体装置について図面を参照しながら説明する。図１０は従来の半導体素子の平面図である。図１１は従来の半導体素子の断面図であり、図１０のＣ−Ｃ’線部分の断面を示している。図１２は従来の半導体装置の平面図を示し、図１３は従来の半導体装置の断面図であり、図１２のＢ−Ｂ’線部分の断面である。図１０、図１１、図１２、図１３において、従来の半導体装置の構成について説明する。
【０００３】
まず、図１０に示すように従来の半導体素子は、半導体素子２の表面上を絶縁層２０で被覆されている。この絶縁層２０はチップ表面を保護するために形成している。（例えば、樹脂中のフィラが封止時にチップ表面にアタックした場合、チップ表面へのダメージを低減する。）半導体素子２の周辺に配置する複数の表面電極を露出するため、表面電極上の絶縁層２０を部分的に除去し、表面電極を露出する。次に、図１２に示すように従来の半導体装置は、露出した前記半導体素子２の表面電極上に突起電極１を形成し、前記突起電極１が形成された面が下になるように半導体素子２が絶縁基体とした多層回路基板である半導体キャリア３上に搭載されている。半導体キャリア３の上面には半導体素子２との電気的接続のために複数の電極４を形成し、前記電極４と前記半導体素子２上に形成された突起電極１が電気的に接続されている。前記半導体素子２と前記半導体キャリア３との間の隙間に半導体素子２の周辺端部から封止樹脂６を注入し、半導体素子２と半導体キャリア３間及び半導体素子２の周辺端部を封止樹脂６によって充填被覆されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２２４２５９号公報、特許番号  第２８２６０４９号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような構造を有する半導体装置では、半導体素子２の表面電極の狭ピッチ化や表面電極端子数の増加により、表面電極を半導体素子２の最外周に１列のみでなく、複数列形成する。これにより、半導体素子２の端から絶縁層２０の端までの距離が拡大し、半導体素子２と半導体キャリア３との間の隙間に封止樹脂を注入する際、樹脂の流動速度のばらつきが大きくなり、絶縁層２０の各四辺の端面に空気層が形成され、端面に残存する場合がある。この空気層が大きくなると、半導体装置周辺から吸湿する水分が空気層にたまり、半導体装置に熱ストレス等のストレスが加わった場合、空気層内部の水分が水蒸気となり、その圧力が空気層周辺の接続部分に加わり、接続抵抗値の上昇さらには、接続部の破壊が発生し、半導体製品の品質・信頼性を損なう問題が発生する。
【０００６】
さらに、半導体素子２の表面電極の狭ピッチ化に伴い、突起電極１がより小型になり、また、半導体キャリア３の表面電極４の幅が細くなることにより、半導体素子２と半導体キャリア３の接続部分での接続領域の減少並びに、接続部の機械的接続強度が低下し、空気層内の水蒸気圧による接続部分での接続抵抗値の上昇並びに、接続部の破壊が発生する確率が高くなり、品質・信頼性を損なう問題がより一層顕在化する可能性がある。
【０００７】
また、半導体素子２のサイズが大きくなるに従い、絶縁層２０の各四辺の長さが長くなり、樹脂注入の際に絶縁層２０の各四辺の周辺端部に形成された空気層が絶縁層２０の各四辺の端面に沿って逃げることが困難となり、半導体素子２が大きくなるにつれ、空気層が顕著に発生する。
【０００８】
したがって、この発明の目的は、上記問題を解決するために、半導体素子の表面上を被覆する絶縁層の周辺端部に空気層が形成されず、かつ空気層が残存しないようにすることで、高い品質・信頼性を実現できる半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためにこの発明の請求項１記載の半導体装置は、半導体キャリアの配線電極と半導体素子の電極とが突起電極により電気的に接続され、前記半導体キャリアと前記半導体素子との間に封止樹脂が形成され、前記半導体素子の前記半導体キャリア側の表面で前記半導体素子の電極より内側に絶縁層が形成されるとともに、この絶縁層の端面が前記半導体素子の表面に対して傾斜している。
【００１０】
このように、半導体素子の半導体キャリア側の表面で半導体素子の電極より内側に絶縁層が形成されるとともに、この絶縁層の端面が半導体素子の表面に対して傾斜しているので、封止樹脂を注入する際に半導体素子の表面を被覆する絶縁層の各四辺の周辺端部に空気層が生じても、空気層を絶縁層の傾斜した端面に沿って絶縁層表面に逃がすことが可能となる。このため、半導体素子の端から絶縁層の端までの距離が長くなり樹脂の流動速度のばらつきが大きくなっても、絶縁層の端面に空気層が残存しないようになり、高い品質、信頼性を実現することができる。
【００１１】
請求項２記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置において、絶縁層は、半導体素子の表面に平行な断面が半導体素子の表面に近づくほど拡がっている。このように、絶縁層は、半導体素子の表面に平行な断面が半導体素子の表面に近づくほど拡がっているので、空気層を絶縁層端面から表面に沿って円滑に逃がすことが可能となる。
【００１２】
請求項３記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置において、絶縁層の半導体素子に接している端部は、前記半導体素子の辺の中央部近傍から前記半導体素子の角部近傍に向かって湾曲している。このように、絶縁層の半導体素子に接している端部は、半導体素子の辺の中央部近傍から半導体素子の角部近傍に向かって湾曲しているので、半導体素子の表面上を被覆する絶縁層の各四辺の周辺端部に生じる空気層を絶縁層の表面上のみでなく、絶縁層の端面に沿って逃がすことが可能となり、半導体素子の端から絶縁層の端までの距離が長くなっても、絶縁層の端面に空気層が残存しないようになる。
【００１３】
請求項４記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置において、絶縁層の厚みは、半導体素子の中央部から前記半導体素子の辺に向かって薄くなっている。このように、絶縁層の厚みは、半導体素子の中央部から半導体素子の辺に向かって薄くなっているので、半導体素子と半導体キャリアとの間の隙間に封止樹脂を注入する際の樹脂の流動速度を均一にすることができ、絶縁層の端面に空気層が形成されない。
【００１４】
請求項５記載の半導体装置の製造方法は、半導体素子の表面の電極を除く領域に、その端面が前記半導体素子の表面に対して傾斜するように絶縁層を形成する工程と、前記半導体素子の電極に突起電極を形成する工程と、前記半導体キャリアの配線電極と前記突起電極とを電気的に接続する工程と、前記半導体素子と前記半導体キャリアとの間に封止樹脂を注入する工程とを含む。
【００１５】
このように、半導体素子の表面の電極を除く領域に、その端面が半導体素子の表面に対して傾斜するように絶縁層を形成する工程を含むので、半導体素子と半導体キャリアとの間に封止樹脂を注入する工程の際に、半導体素子の表面を被覆する絶縁層の各四辺の周辺端部に空気層が生じても、空気層を絶縁層の傾斜した端面に沿って絶縁層表面に逃がすことが可能となる。このため、請求項１と同様に絶縁層の端面に空気層が残存しないようになり、高い品質、信頼性を実現することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１はこの発明の第１の実施形態にかかる半導体素子の平面図、図２は第１の実施形態にかかる半導体素子の断面図であり、図１のＡ−Ａ’線部分の断面を示している。また、図３はこの発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の平面図、図４は第１の実施形態にかかる半導体装置の断面図であり、図３のＢ−Ｂ’線部分の断面を示している。
【００１７】
図３および図４に示すように、半導体装置は、上面に複数の配線電極４とこれらの電極４に接続された配線パターンを有すると共に、電極４及び配線と電気的に接続された外部接続用端子７を底面に有した絶縁性基板からなる半導体キャリア３と、半導体キャリア３上面の複数の電極４に対して表面電極上に形成された複数の突起電極１により接合された半導体素子２と、半導体素子２と半導体キャリア３との隙間と半導体素子２の周辺端部を充填被覆している封止樹脂６とを備えている。
【００１８】
半導体キャリア３には、セラッミク基板等のアルミナ系や窒化アルミナ系、エポキシ基板等の有機性基板からなる絶縁性の単層及び多層回路基板等を用いる。また、突起電極１には、半田バンプやＡｕバンプ８等の導電性を有する金属バンプを用い、Ａｕバンプ８を用いた場合、半導体キャリア３上面の複数電極４と半導体素子２の表面電極間での接合には、Ａｕバンプ８上にＡｇペースト等の導電性接着剤５を供給し（図９参照）、半導体素子２の表面を下にして半導体キャリア３上に搭載し、導電接着剤５を硬化することで、半導体キャリア３と半導体素子２間での電気的及び機械的接続を確保している。半導体素子２の表面電極は半導体素子２の最外周に１列のみ形成しているが、複数列形成してもよい。また、封止樹脂６には、低粘度のエポキシ系の封止樹脂６とか液状の封止樹脂６を使用することで、半導体素子２と半導体キャリア３との隙間と半導体素子２の周辺端部を封止樹脂６で充填被覆している。
【００１９】
また、図１および図２に示すように、半導体素子２の半導体キャリア３側の表面で半導体素子２の電極より内側に絶縁層１０が形成されるとともに、この絶縁層１０の端面が半導体素子２の表面に対して傾斜している。すなわち、半導体素子２の表面上を被覆する絶縁層１０において、絶縁層１０の各四辺の端面を半導体素子２の水平面に対し、緩やかに傾斜するよう半導体素子２の表面上に形成する。傾斜は、絶縁層１０の各四辺の内、樹脂注入側等の特定の辺のみに形成する場合も有効である。なお、絶縁層１０には、感光性ポリイミド系膜等の有機絶縁膜を用いる。感光性ポリイミドには、感光性ベンゾシクロブテン等のネガ型ポリイミドや感光性ポリベンズオキサゾール等のポジ型ポリイミド等、用途によりさまざまな材料が使用されている。また、絶縁層１０は、その表面の少なくとも一部を傾斜させて半導体素子２の表面に平行な断面が半導体素子２の表面に近づくほど拡がるようにしてもよい。
【００２０】
図５および図６はこの発明の第２の実施の形態における半導体素子を示す。図６は図５のＡ−Ａ’断面図である。図５および図６に示すように、第１の実施の形態において、絶縁層１０の半導体素子２に接している端部は、半導体素子２の辺の中央部近傍から半導体素子２の角部近傍に向かって湾曲している。すなわち、半導体素子２の表面を被覆する絶縁層１０において、絶縁層１０の各辺を辺中心からコーナーに向かい、半導体素子２の表面上を被覆する領域を減らすことにより、絶縁層１０の各四辺の辺の中心からコーナーに向け湾曲に形成する。辺の湾曲は、絶縁層１０の各四辺の内、樹脂注入側等の特定の辺のみに形成する場合も有効である。
【００２１】
図７および図８はこの発明の第３の実施の形態における半導体素子を示す。図８は図７のＡ−Ａ’断面図である。図７および図８に示すように、第１の実施の形態において、半導体素子２の表面上を被覆する絶縁層１０において、絶縁層１０の厚さを絶縁層１０の中央部分から各四辺の周辺端部にかけ薄くするよう、半導体素子２の表面上に形成する。
【００２２】
以上の実施の形態のように、半導体素子２の表面を被覆している絶縁層１０の端面形状あるいは、絶縁層１０の立体形状を変更することで、半導体素子２表面上の絶縁層１０の端面で空気層が形成されにくくなり、かつ、空気層が形成されても、絶縁層１０の表面上或いは、絶縁層１０の各四辺の周辺端部に沿って、空気層が流れやすくなることで、空気層の残存が減少し、高い品質・信頼性を実現することが可能となる。
【００２３】
次に、この発明の実施の形態の半導体装置の製造方法について図９を参照しながら説明する。図９（ａ）〜（ｅ）は本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を工程別に示した断面図である。すなわち、半導体素子２の表面の電極１１を除く領域に、その端面が半導体素子２の表面に対して傾斜するように絶縁層１０を形成する工程と、半導体素子２の電極１１に突起電極１を形成する工程と、半導体キャリア３の配線電極４と突起電極１とを電気的に接続する工程と、半導体素子と２半導体キャリア３との間に封止樹脂６を注入する工程とを含む。なお、同図では第１の実施の形態の半導体装置の製造方法について示すが、他の実施の形態の半導体装置でも同様である。
【００２４】
この場合、図９（ａ）に示すように、半導体素子２の表面上を被覆する絶縁層１０において、半導体素子２周辺に配置する複数の表面電極を露出するために、薬液を用いたウエットプロセスやプラズマを用いたドライプロセス等を用いて、表面電極上の絶縁層１０を部分的に除去する。絶縁層１０の端面を傾斜する方法としては、例えば、感光性ポリイミドを露光する際のマスクにおいて、光の透過率を部分的に変えることにより、ポリイミドの感光状態を部分的に変えたり、マスク形状を変えたもので複数回の露光を行うことで、ポリイミドの感光状態を部分的に変えることで、端面に傾斜を作ることが可能である。
【００２５】
次に、図９（ｂ）に示すように、露出した半導体素子２の表面電極１１上にＡｕバンプ８を形成する。この場合、ワイヤボンディング法（ボールボンディング法）を用いて、露出した半導体素子２の電極上にＡｕバンプ８（Ａｕ二段突起）を形成する。この方法は、Ａｕワイヤ先端に形成したボールをアルミニウム電極に熱圧接することにより、二段突起の下段部を形成し、さらにキャピラリー９を移動させることにより形成したＡｕワイヤループをもって、二段突起の上段部を形成する。前記状態においては、Ａｕ二段突起の高さは均一でなく、また頭頂部の平坦性にも欠けているために、Ａｕ二段突起を加圧することにより高さの均一化ならびに頭頂部の平坦化、いわゆるレベリングを行う。
【００２６】
次に、図９（ｃ）に示すように、半導体素子２を回転する円盤上に載置しドクターブレード法を用いて適当な厚みにＡｇ−Ｐｄを導電物質として含有する導電性接着剤５を塗布する。この際、導電性接着剤５にＡｕバンプ８からなる突起電極１を設けた半導体素子２を押し当てた後に引き上げる方法、いわゆる転写法によって、突起電極１に導電性接着剤５を供給する。導電性接着剤５としては、信頼性、熱応力などを考慮して例えばバインダとしてエポキシレジン、導体フィラーとしてＡｇ−Ｐｄ合金によりなる接着剤５を用いている。
【００２７】
次に、図９（ｄ）に示すように、半導体素子２の表面を下にして実装する方法であるフリップチップ方式によって半導体素子２上の導電性接着剤５が供給された突起電極１と、接着剤１０を塗布した半導体キャリア３上の電極４とを位置精度よく合わせて接合させ、一定の温度にて熱硬化させる。これにより、半導体素子２上の突起電極１と突起電極１に対応した半導体キャリア３の電極４とを接続する。
【００２８】
次に、図９（ｅ）に示すように、エポキシ系の封止樹脂６を半導体素子２の周辺端部と、半導体素子２と半導体キャリア３との間に形成された隙間に注入し、一定の温度にて硬化させて樹脂モールドする。この樹脂モールドの方法としては、封止樹脂６を注入ノズルを用いて一方向から半導体素子２と半導体キャリア３との間に形成された隙間に注入し、隙間を埋めてから半導体素子２の周辺端部を封止する。封止樹脂６としてエポキシ系樹脂に高熱伝導セラミックである窒化アルミニウム（ＡｌＮ）もしくは窒化珪素（ＳｉＣ）等をフィラーとして添加したものを用いる。封止樹脂６の供給後、オーブン中で加熱をすることにより封止樹脂６を硬化させる。なお、半導体素子２の周辺端部を被覆する封止樹脂６の傾斜面は、半導体素子２の端面から半導体キャリア３の平面に対し、６０度以下の角度で形成されている。
【００２９】
【発明の効果】
この発明の請求項１記載の半導体装置によれば、半導体素子の半導体キャリア側の表面で半導体素子の電極より内側に絶縁層が形成されるとともに、この絶縁層の端面が半導体素子の表面に対して傾斜しているので、封止樹脂を注入する際に半導体素子の表面を被覆する絶縁層の各四辺の周辺端部に空気層が生じても、空気層を絶縁層の傾斜した端面に沿って絶縁層表面に逃がすことが可能となる。このため、半導体素子の端から絶縁層の端までの距離が長くなり樹脂の流動速度のばらつきが大きくなっても、絶縁層の端面に空気層が残存しないようになり、高い品質、信頼性を実現することができる。
【００３０】
請求項２では、絶縁層は、半導体素子の表面に平行な断面が半導体素子の表面に近づくほど拡がっているので、空気層を絶縁層端面から表面に沿って円滑に逃がすことが可能となる。
【００３１】
請求項３では、絶縁層の半導体素子に接している端部は、半導体素子の辺の中央部近傍から半導体素子の角部近傍に向かって湾曲しているので、半導体素子の表面上を被覆する絶縁層の各四辺の周辺端部に生じる空気層を絶縁層の表面上のみでなく、絶縁層の端面に沿って逃がすことが可能となり、半導体素子の端から絶縁層の端までの距離が長くなっても、絶縁層の端面に空気層が残存しないようになる。
【００３２】
請求項４では、絶縁層の厚みは、半導体素子の中央部から半導体素子の辺に向かって薄くなっているので、半導体素子と半導体キャリアとの間の隙間に封止樹脂を注入する際の樹脂の流動速度を均一にすることができ、絶縁層の端面に空気層が形成されない。
【００３３】
この発明の請求項５記載の半導体装置の製造方法によれば、半導体素子の表面の電極を除く内側の領域に、その端面が半導体素子の表面に対して傾斜するように絶縁層を形成する工程を含むので、半導体素子と半導体キャリアとの間に封止樹脂を注入する工程の際に、半導体素子の表面を被覆する絶縁層の各四辺の周辺端部に空気層が生じても、空気層を絶縁層の傾斜した端面に沿って絶縁層表面に逃がすことが可能となる。このため、請求項１と同様に絶縁層の端面に空気層が残存しないようになり、高い品質、信頼性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態における半導体素子の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線部分の断面図である。
【図３】この発明の第１の実施の形態の半導体装置の平面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ’線部分の断面図である。
【図５】この発明の第２の実施の形態における半導体素子の平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ’断面図である。
【図７】この発明の第３の実施の形態における半導体素子の平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ’断面図である。
【図９】この発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０】従来の半導体素子の平面図である。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ’線部分の断面図である。
【図１２】従来の半導体装置の平面図である。
【図１３】図１２のＢ−Ｂ’線部分の断面図である。
【符号の説明】
１  突起電極
２  半導体素子
３  半導体キャリア
４  電極
５  導電性接着剤
６  封止樹脂
７  外部接続端子
８  Ａｕバンプ
９  キャピラリー
１０  絶縁層
１１  表面電極
【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】
2004179222.tif 000011
【図１０】
2004179222.tif 000012
【図１１】
2004179222.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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