(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体装置と配線基板との熱膨張率差に起因するバンプ電極の疲労破壊を防止することができ、かつ多端子化に有利で配線基板に対する実装も容易な半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置を、主面１の外周部に沿って配列された第１ボンディングパッド２と、主面１を保護するために第１ボンディングパッド２の形成部を除く主面１上に形成されたパッシベーション膜３と、パッシベーション膜３上に形成された第１絶縁膜４と、第１絶縁膜４上に形成され一端が第１ボンディングパッド２に接続された再配線５と、再配線５を保護するために第１絶縁膜４上に形成された第２絶縁膜６と、再配線５の他端に形成された第２ボンディングパッド７上に設定されたバンプ電極８，８ａとから構成する。少なくとも主面の四隅部に配置されるバンプ電極８ａを軟質の導電材料をもって形成し、それ以外のバンプ電極８を硬質の導電材料をもって形成する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面の外周部に沿って配列された複数個の第１ボンディングパッドと、当該第１ボンディングパッドの形成部を除く前記主面上に形成された絶縁膜と、当該絶縁膜上に形成され、一端が前記第１ボンディングパッドに接続された再配線と、当該再配線の他端に形成され、前記絶縁膜上に配置された第２ボンディングパッドと、当該第２ボンディングパッド上に１つずつ取り付けられた複数個のバンプ電極とを有する半導体装置において、
前記複数個のバンプ電極を、前記主面の四隅部に配置されるそれぞれ１つ以上のバンプ電極よりなる第１グループと、それ以外のバンプ電極よりなる第２グループとに分け、前記第１グループに含まれる各バンプ電極を前記第２グループに含まれる各バンプ電極よりも軟質の導電材料をもって形成したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記主面の縦辺及び横辺に沿ってそれぞれ複数個の前記バンプ電極を等ピッチで配列してなり、前記主面の中心を中心とし前記縦辺に沿う方向又は前記横辺に沿う方向に関して最も外側に配置されるバンプ電極の間隔を直径とする円内に配置されるバンプ電極を前記第２グループのバンプ電極とし、それ以外のバンプ電極を前記第１グループのバンプ電極とす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】
前記硬質の導電材料としてハンダをボール状に成形してなるハンダボールを用いると共に、前記軟質の導電材料として樹脂ボールの表面にハンダをコーティングしてなるコーティングハンダボールを用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項４】
前記硬質の導電材料として鉛フリーハンダをボール状に成形してなるハンダボールを用いると共に、前記軟質の導電材料として共晶ハンダをボール状に成形してなるハンダボールを用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主面上に再配線が施されたＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）タイプの半導体装置に係り、特に、第２ボンディングパッド上に配置されるバンプ電極の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気機器の小型軽量化、高速化及び高機能化の要求に対処するため、電気機器に実装する半導体装置に対しても小型軽量化、高集積化及び実装の容易化の要求が益々高まっている。
【０００３】
従来より、これらの各要求に対応可能な半導体装置として、図５に示すように、主面１の外周部に沿って配列された第１ボンディングパッド（アルミパッド）２と、主面１を保護するために第１ボンディングパッド２の形成部を除く主面１上に形成されたパッシベーション膜３と、当該パッシベーション膜３上に形成された第１絶縁膜４と、当該第１絶縁膜４上に施され一端が第１ボンディングパッド２に接続された再配線５と、当該再配線５を保護するために第１絶縁膜４上に形成された第２絶縁膜６と、再配線５の他端に形成された第２ボンディングパッド７上に設定されたバンプ電極８とを備えたＣＳＰと呼ばれる半導体装置が提案されている。
【０００４】
このＣＳＰタイプの半導体装置は、バンプ電極８を主面１の全面に配置することができるので、外周部に配列された第１ボンディングパッド２上に直接バンプ電極８を形成する場合に比べて各バンプ電極８間の距離を大きくすることができ、半導体装置の多端子化ひいては高機能化と電気機器に対する実装の容易化とを図ることができる。また、半導体素子を樹脂封止しないので、半導体装置の小型軽量化を図ることができる。
【０００５】
ところで、この種の半導体装置は、電気機器に備えられた配線基板とバンプ電極８を介して電気的に接続されるので、半導体装置と配線基板との熱膨張率差に起因する熱応力がバンプ電極８に作用する。各バンプ電極８に作用する熱応力は、半導体装置の中心部からの距離に比例して大きくなるので、半導体装置の四隅部に配置されたバンプ電極８に最も大きな熱応力が繰り返し作用し、該部のバンプ電極８について最も疲労破壊が生じやすい。
【０００６】
従来より、かかる不都合を解消するため、図６に示すように、主面１の縦辺に沿う方向及び横辺に沿う方向に第２ボンディングパッド７（バンプ電極８）を等ピッチで配列する構成において、四隅部に配置されるべきバンプ電極８をそれぞれ１つずつ省略したもの（例えば、特許文献１参照。）、それに図７に示すように、前記と同様の構成において、四隅部に配置されたバンプ電極８ｂを１つずつ所定の回路と接続されていないダミー電極としたもの（例えば、特許文献２参照。）が提案されている。
【０００７】
特許文献１に記載の技術によれば、最も大きな熱応力が作用する四隅部のバンプ電極８を省略するので、バンプ電極８の疲労破壊に起因する半導体装置の故障を防止することができ、半導体装置の信頼性を高めることができる。また、特許文献２に記載の技術によれば、最も大きな熱応力が作用する四隅部のバンプ電極８を所定の回路と接続されていないダミー電極８ｂとするので、ダミー電極８ｂが疲労破壊しても半導体装置の故障に繋がらず、半導体装置の信頼性を高めることができると共に、主面１上にバンプ電極８を均等に配置したので、配線基板に対する半導体装置の実装を容易なものにすることができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−２１８０４２号公報（図１３）
【０００９】
【特許文献２】
特開２００３−１７５３０（図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公知例に係るＣＳＰタイプの半導体装置は、四隅部に配置されるべきバンプ電極８を省略するか、所定の回路と接続されていないダミー電極８ａとするので、半導体装置に設定可能なアクティブ電極（所定の回路と接続されたバンプ電極）の数が減少し、半導体装置の多端子化及び高機能化に不利となるという不都合がある。加えて、特許文献１に記載の技術のように、主面１の四隅部に配置されるべきバンプ電極８を省略するものについては、バンプ電極８の配列が不均一になるため、配線基板に対する半導体装置の実装が困難になるというという不都合もある。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術の不備を解消するためになされたものであり、その目的は、半導体装置と配線基板との熱膨張率差に起因するバンプ電極の疲労破壊を防止することができ、かつ多端子化に有利で配線基板に対する実装も容易な半導体装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、主面の外周部に沿って配列された複数個の第１ボンディングパッドと、当該第１ボンディングパッドの形成部を除く前記主面上に形成された絶縁膜と、当該絶縁膜上に形成され、一端が前記第１ボンディングパッドに接続された再配線と、当該再配線の他端に形成され、前記絶縁膜上に配置された第２ボンディングパッドと、当該第２ボンディングパッド上に１つずつ取り付けられた複数個のバンプ電極とを有する半導体装置において、前記複数個のバンプ電極を、前記主面の四隅部に配置されるそれぞれ１つ以上のバンプ電極よりなる第１グループと、それ以外のバンプ電極よりなる第２グループとに分け、前記第１グループに含まれる各バンプ電極を前記第２グループに含まれる各バンプ電極よりも軟質の導電材料をもって形成するという構成にした。
【００１３】
このように、主面上に形成される複数個のバンプ電極を同一硬度の導電材料をもって形成するのではなく、主面の四隅部に配置されるそれぞれ１つ以上のバンプ電極について他のバンプ電極よりも軟質の導電材料をもって形成すると、主面の四隅部に配置されたバンプ電極の疲労破壊を抑制又は防止することができるので、半導体装置の耐久性及び信頼性を高めることができる。また、最も大きな熱応力が作用する四隅部へのアクティブ電極の設置が可能になるので、半導体装置の多端子化を図ることができると共に、配線基板に対する半導体装置の実装を容易なものにすることができる。さらに、軟質のバンプ電極用の導電材料は硬質のバンプ電極用の導電材料よりも一般に高価であるので、全てのバンプ電極を軟質化する場合に比べて半導体装置の高コスト化を抑制することができる。
【００１４】
また、本発明は、前記構成の半導体装置において、前記主面の縦辺及び横辺に沿ってそれぞれ複数個の前記バンプ電極を等ピッチで配列してなり、前記主面の中心を中心とし前記縦辺に沿う方向又は前記横辺に沿う方向に関して最も外側に配置されるバンプ電極の間隔を直径とする円内に配置されるバンプ電極を前記第２グループのバンプ電極とし、それ以外のバンプ電極を前記第１グループのバンプ電極とするという構成にした。
【００１５】
このように、主面の中心を中心とし主面の縦辺に沿う方向又は横辺に沿う方向に関して最も外側に配置されるバンプ電極の間隔を直径とする円を基準として第１グループ及び第２グループを決定すると、主面上に設定される各バンプ電極のピッチに関係なく第１グループに含まれるバンプ電極の設定エリア及び第２グループに含まれるバンプ電極の設定エリアが決定されるので、主面に対する各バンプ電極の設定が容易になり、半導体装置の生産性を高めることができる。
【００１６】
また、本発明は、前記構成の半導体装置において、前記硬質の導電材料としてハンダをボール状に成形してなるハンダボールを用いると共に、前記軟質の導電材料として樹脂ボールの表面にハンダをコーティングしてなるコーティングハンダボールを用いるという構成にした。
【００１７】
樹脂ボールの表面にハンダをコーティングしてなるコーティングハンダボールは、ハンダをボール状に成形してなるハンダボールに比べて格段に柔軟性に富むので、このコーティングハンダボールを軟質の導電材料として用い、最も大きな熱応力が作用する主面の四隅部に配置すると、バンプ電極の破壊が確実に防止され、半導体装置の耐久性及び信頼性を高めることができる。
【００１８】
また、本発明は、前記構成の半導体装置において、前記硬質の導電材料として鉛フリーハンダをボール状に成形してなるハンダボールを用いると共に、前記軟質の導電材料として共晶ハンダをボール状に成形してなるハンダボールを用いるという構成にした。
【００１９】
鉛フリーハンダをボール状に成形してなるハンダボール及び共晶ハンダをボール状に成形してなるハンダボールは、バンプ電極用の導電材料として従来より多用されており好ましい実績を残しているので、これらの各ハンダボールの組合せをもって各バンプ電極を形成すると、半導体装置の信頼性をより高いものにすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体装置の実施形態を、図１乃至図４に基づいて説明する。図１は本発明に係る半導体装置の断面構造を示す斜視断面図、図２は第１実施形態例に係る半導体装置の主面側から見た平面図、図３は第２実施形態例に係る半導体装置の主面側から見た平面図、図４は第３実施形態例に係る半導体装置の主面側から見た平面図である。
【００２１】
本例の半導体装置は、図１乃至図４に示すように、主面１の外周部に沿って配列された複数個の第１ボンディングパッド２と、主面１を保護するために第１ボンディングパッド２の形成部を除く主面１上に形成されたパッシベーション膜３と、当該パッシベーション膜３上に形成された第１絶縁膜４と、当該第１絶縁膜４上に形成され一端が第１ボンディングパッド２に接続された再配線５と、当該再配線５を保護するために第１絶縁膜４上に形成された第２絶縁膜６と、再配線５の他端に形成された第２ボンディングパッド７上に設定されたバンプ電極８，８ａとから構成されている。なお、主面１には、所要の半導体素子群よりなる図示しない半導体素子領域がウエハプロセスで形成される。
【００２２】
本発明の半導体装置は、いずれも図２乃至図４に示すように、主面１が正方形に形成されており、その縦辺に沿う方向及び横辺に沿う方向にそれぞれ１２列、合計１４４個のバンプ電極８，８ａが等ピッチで配列されている。バンプ電極８は硬質の導電材料をもって形成されたものを示し、バンプ電極８ａは軟質の導電材料をもって形成されたものを示している。第１実施形態例に係る半導体装置は、図２に示すように、四隅部に配置されたそれぞれ１個のバンプ電極８ａのみが軟質の導電材料をもって形成されており、第２実施形態例に係る半導体装置は、図３に示すように、四隅部に配置されたそれぞれ３個のバンプ電極８ａのみが軟質の導電材料をもって形成されている。また、第３実施形態例に係る半導体装置は、図４に示すように、主面１の中心Ｏを中心とし縦辺に沿う方向及び横辺に沿う方向に関して最も外側に配置されるバンプ電極の間隔を直径とする円内に配置されるバンプ電極８が硬質の導電材料をもって形成されており、当該円外に配置されるバンプ電極８ａが軟質の導電材料をもって形成されている。
【００２３】
なお、これらの各実施形態例は、本発明に係る半導体装置の実施の一例を示すものであって、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、どの部位のいくつのバンプ電極について軟質の導電材料をもって形成するかは、半導体装置の形状やサイズによって適宜変更することができる。要は、主面１上に配置される複数個のバンプ電極を、主面１の四隅部に配置されるそれぞれ１つ以上のバンプ電極８ａよりなる第１グループと、それ以外のバンプ電極８よりなる第２グループとに分け、第１グループに含まれる各バンプ電極を第２グループに含まれる各バンプ電極よりも軟質の導電材料をもって形成すれば足りる。
【００２４】
硬質の導電材料及び軟質の導電材料の組合せは相対的なものであって、任意の組合せを用いることができる。例えば、硬質の導電材料としてハンダをボール状に成形してなるハンダボールを用いると共に、軟質の導電材料として樹脂ボールの表面にハンダをコーティングしてなるコーティングハンダボールを用いるという組合せにすることもできるし、硬質の導電材料として鉛フリーハンダをボール状に成形してなるハンダボールを用いると共に、軟質の導電材料として共晶ハンダをボール状に成形してなるハンダボールを用いるという組合せにすることもできる。
【００２５】
第１ボンディングパッド２及びパッシベーション膜３の形成は通常のウエハプロセスで行われ、第１絶縁膜４、再配線５、第２絶縁膜６及びバンプ電極８，８ａの形成は、ウエハプロセス終了後の再配線工程において行われる。
【００２６】
第１絶縁膜４は、感光性ポリイミド樹脂などの感光性樹脂材料をもって構成され、図１に示すように、第１ボンディングパッド２の一部（中央部）を除く主面１上に形成される。この第１絶縁膜５は、再配線５の形成時における第１ボンディングパッド２の損傷を防止するため、第１ボンディングパッド２の開口端を覆うように形成される。この第１絶縁膜４の形成は、半導体装置のもとになるウエハの主面上に感光性樹脂材料よりなる樹脂層を均一な厚さに塗布した後、当該樹脂層を第１絶縁膜４の形状に露光して露光部を硬化し、次いで、未露光部を現像処理により除去することによって行う。
【００２７】
第２ボンディングパッド７を含む再配線５は、銅めっきによって形成され、図１に示すように、第１絶縁膜４に配列される。この第２ボンディングパッド７を含む再配線５も、フォトリソグラフィ法によって形成される。即ち、第１絶縁膜４上にクロム又は銅などを一様にスパッタリングしてシード層を形成し、次いで当該シード層上にフォトレジスト層を均一な厚さに塗布し、フォトレジスト層を第２ボンディングパッド７を含む再配線５の形状に露光する。次いで、未露光部を現像処理によって除去し、露光部に対応するシード層を化学エッチングによって除去する。次いで、残存したフォトレジスト層をアッシングにて除去し、露光部に対応するシード層を露出させる。最後に、露出されたシード層に銅めっきを施して第２ボンディングパッド７を含む再配線５とする。
【００２８】
第２絶縁膜６は、感光性ポリイミド樹脂などの感光性樹脂材料をもって構成され、図１に示すように、第２ボンディングパッド７の一部（中央部）を除く第１絶縁膜４上に形成される。この第２絶縁膜６も、前記第１絶縁膜４と同様の方法で形成される。
【００２９】
本例の半導体装置は、主面１上に形成される複数個のバンプ電極８，８ａを同一硬度の導電材料をもって形成するのではなく、主面１の四隅部に配置されるそれぞれ１つ以上のバンプ電極８ａについて他のバンプ電極８よりも軟質の導電材料をもって形成すると、主面１の四隅部に配置されたバンプ電極８ａの疲労破壊を抑制又は防止することができるので、半導体装置の耐久性及び信頼性を高めることができる。また、最も大きな熱応力が作用する四隅部へのアクティブ電極の設置が可能になるので、半導体装置の多端子化を図ることができると共に、配線基板に対する半導体装置の実装を容易なものにすることができる。さらに、軟質のバンプ電極用の導電材料は硬質のバンプ電極用の導電材料よりも一般に高価であるので、全てのバンプ電極を軟質化する場合に比べて半導体装置の高コスト化を抑制することができる。
【００３０】
また、主面１の中心Ｏを中心とし主面１の縦辺に沿う方向又は横辺に沿う方向に関して最も外側に配置されるバンプ電極の間隔を直径とする円を基準とし、その円内に配置されるバンプ電極８を硬質の導電材料をもって形成し、当該円外に配置されるバンプ電極８ａを軟質の導電材料をもって形成した場合には、主面１上に設定される各バンプ電極８，８ａのピッチに関係なく、軟質の導電材料からなるバンプ電極が設定されるエリアと硬質の導電材料からなるバンプ電極が設定されるエリアとが決定されるので、主面１に対する各バンプ電極８，８ａの設定が容易になり、半導体装置の生産性を高めることができる。
【００３１】
また、樹脂ボールの表面にハンダをコーティングしてなるコーティングハンダボールは、ハンダをボール状に成形してなるハンダボールに比べて格段に柔軟性に富むので、このコーティングハンダボールを軟質の導電材料として用い、最も大きな熱応力が作用する主面の四隅部に配置した場合には、バンプ電極８ａの破壊が確実に防止され、半導体装置の耐久性及び信頼性を高めることができる。
【００３２】
また、硬質の導電材料として鉛フリーハンダをボール状に成形してなるハンダボールを用いると共に、軟質の導電材料として共晶ハンダをボール状に成形してなるハンダボールを用いた場合には、これらの各ハンダボールは、バンプ電極用の導電材料として従来より多用されて好ましい実績を残しているので、半導体装置の信頼性をより高いものにすることができる。
【００３３】
なお、前記各実施形態例においては、主面１を正方形に形成したが、主面１の形状が長方形に形成された半導体装置についても同様に実施することができ、前記各実施形態例に係る半導体装置と同様の効果を発揮することができる。
【００３４】
また、前記各実施形態例においては、主面１の縦辺に沿う方向及び横辺に沿う方向に関してそれぞれ複数個のバンプ電極を等ピッチで配置したが、主面１上に複数個のバンプ形状がハニカム形状等の他の配列で配置された半導体装置についても同様に実施することができ、前記各実施形態例に係る半導体装置と同様の効果を発揮することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置は、主面上に形成される複数個のバンプ電極を同一硬度の導電材料をもって形成するのではなく、主面の四隅部に配置されるそれぞれ１つ以上のバンプ電極について他のバンプ電極よりも軟質の導電材料をもって形成したので、主面の四隅部に配置されたバンプ電極の疲労破壊を抑制又は防止することができ、半導体装置の耐久性及び信頼性を高めることができる。また、最も大きな熱応力が作用する四隅部へのアクティブ電極の設置が可能になるので、半導体装置の多端子化を図ることができると共に、配線基板に対する半導体装置の実装を容易なものにすることができる。さらに、軟質のバンプ電極用の導電材料は硬質のバンプ電極用の導電材料よりも一般に高価であるので、全てのバンプ電極を軟質化する場合に比べて半導体装置の高コスト化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置の断面構造を示す斜視断面図である。
【図２】第１実施形態例に係る半導体装置の主面側から見た平面図である。
【図３】第２実施形態例に係る半導体装置の主面側から見た平面図である。
【図４】第３実施形態例に係る半導体装置の主面側から見た平面図である。
【図５】従来例に係る半導体装置の断面構造を示す断面図である。
【図６】第１従来例に係る半導体装置の主面側から見た平面図である。
【図７】第２従来例に係る半導体装置の主面側から見た平面図である。
【符号の説明】
１  主面
２  第１ボンディングパッド（アルミパッド）
３  パッシベーション膜
４  第１絶縁膜
５  再配線
６  第２絶縁膜
７  第２ボンディングパッド
８，８ａ  バンプ電極９（ハンダボール）
【図１】
2005038934.tif 000003
【図２】
2005038934.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005038934.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005038934.tif 000009