(57)【要約】【課題】  外部接続用電極の金属膜の膜応力により、外部接続用電極下の半導体チップの最上層配線が断線してしまうことを防止する。【解決手段】  第１の有機絶縁膜６と、配線パターン７と、第２の有機絶縁膜１４とを備え、配線パターン７の外部接続用電極５に相対する半導体チップ１の最上層の位置に、第１の有機絶縁膜６の外部接続用電極５が形成される第２の開口部と同等以上のサイズの配線あるいは電極１３を有する。これにより、外部接続用電極５を形成する金属膜の膜応力により保護膜４にクラックが生じて半導体チップ１の最上層の配線へ与えるダメージを低減することができる。そのため、半導体チップ１のプロセスコストを低減できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの電極が形成された最上層の面上に、前記半導体チップの電極の位置に第１の開口部および前記半導体チップと電気的に絶縁された第２の開口部をそれぞれ有するように形成した感光性を有する第１の有機絶縁膜と、前記第１の有機絶縁膜、第１の開口部および第２の開口部上に前記半導体チップの電極と電気的に接続されるように形成した配線パターンと、前記第１の有機絶縁膜および前記配線パターン上に形成した第２の有機絶縁膜とを備え、前記第１の開口部と前記第２の開口部とが前記配線パターンで電気的に接続されるとともに前記第２の開口部に形成された前記配線パターンが外部接続用電極となり、前記第２の有機絶縁膜は前記外部接続用電極の位置を開口した半導体装置であって、前記外部接続用電極に相対する前記半導体チップの最上層の位置に、前記第１の有機絶縁膜の第２の開口部と同等以上のサイズの配線あるいは電極を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の有機絶縁膜の第２の開口部と同等以上のサイズの配線あるいは電極が前記半導体チップの内部回路と電気的に独立している請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
半導体チップの電極が形成された第１の配線層の面上に、前記半導体チップの電極の位置に開口部を有するように形成した感光性を有する有機絶縁膜と、前記有機絶縁膜の開口部に前記半導体チップの電極と電気的に接続されるように形成した外部接続用電極とを備えた半導体装置であって、前記第１の配線層の下の第２の配線層の、前記第１の配線層に形成された前記半導体チップの電極と相対する位置に、前記有機絶縁膜の開口部と同等以上のサイズの配線あるいは電極を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記有機絶縁膜の開口部と同等以上のサイズの配線あるいは電極が前記半導体チップの内部回路と電気的に独立している請求項３記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、配線基板への実装効率を高め、高密度実装を可能にし、信頼性の高い基板実装を実現できるチップ状の半導体装置に関するものであり、特に半導体チップ上で外部端子用の電極パッドが再配線され、外部端子が２次元エリア配置された半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯機器の軽量小型化、高密度化にともない、リード端子を外部端子として有した半導体パッケージの高密度実装化が進む中、より高密度実装を図るため、チップ状の半導体装置を電子機器の配線基板等に実装する技術が開発されている。
【０００３】
以下、従来の配線基板への基板実装における半導体装置と、その半導体装置の実装方法について図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図５は従来の半導体装置を示す断面図である。
【０００５】
図５に示す従来の半導体装置は、ベアチップ実装に用いられるチップ状の半導体装置であり、その上面内に半導体集積回路が形成された半導体チップ１上に半導体チップの電極２が形成され、かつ電極２が形成された同一配線層に半導体チップ１の半導体集積回路と電気的に接続された内部配線３が形成されている。また、この半導体チップ１の表面は電極２の部分を開口した絶縁性の保護膜４で覆われている。そして、この半導体チップ２の保護膜４表面には半導体チップ１の電極２と外部接続用電極５の部分を開口した感光性の有機樹脂である第１の有機絶縁膜６が形成されている。この第１の有機絶縁膜６上には半導体チップ１の電極２と外部接続用電極５とを電気的に接続する配線パターン７が形成され、外部接続用電極５上にははんだバンプ８とＵＢＭ９(アンダー・バリア・メタル)が形成されている。さらに、外部接続用電極５の周辺部と第１の有機絶縁膜６と配線パターン７上には第２の有機絶縁膜１４が形成されている。
【０００６】
次に従来の半導体装置の実装方法について図６を参照しながら説明する。
【０００７】
図５に示したような半導体装置をプリント配線基板上に実装する場合、まず図６（ａ）に示すように、電子機器に組み込むプリント配線基板１０の接続用配線電極１１と半導体チップ１に形成したはんだバンプ８とを位置合わせする。
【０００８】
そして図６（ｂ）に示すように、プリント配線基板１０の接続用配線電極１１と半導体チップ１のはんだバンプ８とを接続する。この際、はんだボール８を溶融させた状態でプリント配線基板１０の接続用配線電極１１とを接合する。
【０００９】
そして図６（ｃ）に示すように、プリント配線基板１０に半導体チップ１をはんだボール８が接続された状態で、半導体チップ１とプリント配線基板１０との間隙に絶縁性樹脂等のアンダーフィル材１２を充填封止し、アンダーフィル材１２を硬化させて基板実装を完了する。
【００１０】
以上のように従来においては、配線基板の配線電極とベアチップ実装に用いるチップ状の半導体装置とを突起電極を介して接続し、両者の間隙にアンダーフィル材を形成して実装するものであり、アンダーフィル材は両者の接続後または、接続前に予め供給して形成するものであった。近年、ＬＳＩの小型・高密度化に伴い外部接続用端子の多ピン化が進んでいる。このためＬＳＩパッケージには、パッケージの裏面に半田ボールをエリア配置したＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）タイプが多用されるようになっている。
【００１１】
また、半導体装置に適応した例として、特許文献１，２に示されるように、半導体チップの周辺部に形成された電極より再配線をして、半導体チップ全面にはんだバンプ等の突起電極を用いてプリント基板等と接続するための電極形成構造および電極形成方法が提案されている。
【特許文献１】特許第３３５６９２１号公報
【特許文献２】特開昭６４−１２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、上述した構造の半導体装置においては下記に示すような課題があった。
【００１３】
第１の課題は、半導体装置の回路素子が形成された面上に再配線パターンを形成する構造の半導体装置において、プリント回路基板に接続するためのはんだバンプ等の突起電極を形成するための再配線パターンの外部接続用電極を半導体チップの表面の保護膜に直接形成する際に、外部接続用電極の直下に半導体チップの配線パターンルールの再配線が存在すると、図７に示すように半導体チップ１の保護膜４上に形成された再配線の膜応力により半導体チップ１の保護膜４にクラックＡが入り、半導体チップ１の最上層の配線３が断線してしまう課題が出てきた。
【００１４】
第２の課題は、半導体チップの最上層に半導体チップの電極をエリア状に半導体チップ表面全面に配置した半導体装置において、半導体チップの電極の直下の配線層に配線が存在すると、電極上に外部接続用電極を形成する際に、外部接続用電極を形成する金属膜の膜応力により、半導体チップの電極の直下の配線層にダメージを与えてしまう課題があった。
【００１５】
第３の課題は、第２の課題を改善するために、現状半導体チップの配線層の形成時に半導体チップの電極を形成する配線層より下の配線層を上部配線層の応力によるダメージを無くすために平坦化プロセスを導入していたが、平坦化プロセスを導入することで、半導体チップのコストが上昇してしまう課題があった。
【００１６】
したがって、この発明の目的は、上記問題点に鑑み、半導体チップの表面に形成された再配線パターンの外部接続用電極下の半導体チップ内の最上層の配線において、外部接続用電極の金属膜の膜応力により、最上層配線が断線してしまうことを防止する半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載の半導体装置は、半導体チップの電極が形成された最上層の面上に、前記半導体チップの電極の位置に第１の開口部および前記半導体チップと電気的に絶縁された第２の開口部をそれぞれ有するように形成した感光性を有する第１の有機絶縁膜と、前記第１の有機絶縁膜、第１の開口部および第２の開口部上に前記半導体チップの電極と電気的に接続されるように形成した配線パターンと、前記第１の有機絶縁膜および前記配線パターン上に形成した第２の有機絶縁膜とを備え、前記第１の開口部と前記第２の開口部とが前記配線パターンで電気的に接続されるとともに前記第２の開口部に形成された前記配線パターンが外部接続用電極となり、前記第２の有機絶縁膜は前記外部接続用電極の位置を開口した半導体装置であって、前記外部接続用電極に相対する前記半導体チップの最上層の位置に、前記第１の有機絶縁膜の第２の開口部と同等以上のサイズの配線あるいは電極を有する。
【００１８】
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、前記第１の有機絶縁膜の第２の開口部と同等以上のサイズの配線あるいは電極が前記半導体チップの内部回路と電気的に独立している。
【００１９】
請求項３記載の半導体装置は、半導体チップの電極が形成された第１の配線層の面上に、前記半導体チップの電極の位置に開口部を有するように形成した感光性を有する有機絶縁膜と、前記有機絶縁膜の開口部に前記半導体チップの電極と電気的に接続されるように形成した外部接続用電極とを備えた半導体装置であって、前記第１の配線層の下の第２の配線層の、前記第１の配線層に形成された前記半導体チップの電極と相対する位置に、前記有機絶縁膜の開口部と同等以上のサイズの配線あるいは電極を有する。
【００２０】
請求項４記載の半導体装置は、請求項３記載の半導体装置において、前記有機絶縁膜の開口部と同等以上のサイズの配線あるいは電極が前記半導体チップの内部回路と電気的に独立している。
【発明の効果】
【００２１】
この発明の請求項１記載の半導体装置によれば、第１の課題のように半導体チップの保護膜表面に再配線パターンを形成した構成において、再配線パターンの外部接続用電極に相対する半導体チップの最上層の位置に、第１の有機絶縁膜の第２の開口部と同等以上のサイズの配線あるいは電極を有するので、外部接続用電極を形成する金属膜の膜応力により保護膜にクラックが生じて半導体チップの最上層の配線へ与えるダメージを低減することができる。そのため、半導体チップのプロセスコストを低減できる。
【００２２】
請求項２では、第１の有機絶縁膜の第２の開口部と同等以上のサイズの配線あるいは電極が半導体チップの内部回路と電気的に独立している構成において、請求項１の効果が得られる。
【００２３】
この発明の請求項３記載の半導体装置によれば、第２、第３の課題のように半導体チップの最上層（第１の配線層）に半導体チップの電極をエリア状に半導体チップ表面全面に配置した構成において、第１の配線層の下の第２の配線層の、第１の配線層に形成された半導体チップの電極と相対する位置に、有機絶縁膜の開口部と同等以上のサイズの配線あるいは電極を有するので、はんだ、バンプ等を形成する外部接続用電極を形成する金属膜の応力による電極直下の第２の配線層へのダメージを低減することができる。また、電極下の配線層に平坦化プロセスを導入しなくてもよいので、プロセスコストを低減することができる。
【００２４】
請求項４では、有機絶縁膜の開口部と同等以上のサイズの配線あるいは電極が半導体チップの内部回路と電気的に独立している構成において、請求項３の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
この発明の第１の実施の形態を図１および図２に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態の半導体装置の断面図である。
【００２６】
図１において、１は半導体チップ、２は電極、３は内部配線、４は保護膜、５は外部接続用電極、６は第１の有機絶縁膜、７は配線パターン、８ははんだボール、９はＵＢＭ(アンダー・バリア・メタル)、１３は外部接続用電極下電極、１４は第２の有機絶縁膜である。
【００２７】
図１に示すように、半導体チップ１の電極２が形成された最上層の面上に、半導体チップ１の電極２の位置に第１の開口部および半導体チップ１と電気的に絶縁された第２の開口部をそれぞれ有するように形成した感光性を有する第１の有機絶縁膜６と、第１の有機絶縁膜６、第１の開口部および第２の開口部上に半導体チップ１の電極２と電気的に接続されるように形成した配線パターン７と、第１の有機絶縁膜６および配線パターン７上に形成した第２の有機絶縁膜１４とを備えている。また、第１の開口部と第２の開口部とが配線パターン７で電気的に接続されるとともに第２の開口部に形成された配線パターンが外部接続用電極５となり、第２の有機絶縁膜１４は外部接続用電極５の位置を開口部としている。また、外部接続用電極５に相対する半導体チップ１の最上層の位置に、第１の有機絶縁膜６の第２の開口部と同等以上のサイズの配線あるいは電極１３を有する。
【００２８】
この場合、図１に示す半導体装置は、ベアチップ実装に用いられるチップ状の半導体装置であり、その上面内に半導体集積回路が形成された半導体チップ１上に半導体チップの電極２が形成され、かつ電極２が形成された同一配線層に半導体チップ１の半導体集積回路と電気的に接続された内部配線３が形成されている。また、この半導体チップ１の表面は電極２の部分を開口した絶縁性の保護膜４で覆われている。そして、この半導体チップ２の保護膜４表面には半導体チップ１の電極２と外部接続用電極５の部分を開口した感光性の有機樹脂である第１の有機絶縁膜６が形成されている。この第１の有機絶縁膜６上には半導体チップ１の電極２と外部接続用電極５とを電気的に接続する配線パターン７が形成され、外部接続用電極５上にははんだバンプ８とＵＢＭ９(アンダー・バリア・メタル)が形成されている。また、この外部接続用電極５の周辺部と第１の有機絶縁膜６と配線パターン７上に第２の有機絶縁膜１４が形成されている。この外部接続用電極５下には半導体チップ１の電極と同一の配線層上に形成された内部配線３として外部接続用電極下電極１３が設置された構造になっている。
【００２９】
さらに、この外部接続用電極下電極１３は半導体チップ１の集積回路に電気的に接続されていても、電気的に独立していてもどちらでも良い。
【００３０】
図２は本発明の第１の実施形態の外部接続用電極下電極のサイズの関係を示した説明図である。図２において、ａは第１の有機絶縁膜６の外部接続用電極５部の開口サイズ、ｂは外部接続用電極下電極１３のサイズを示している。
【００３１】
図２（ａ）は、第１の有機絶縁膜６の外部接続用電極５部の開口サイズａと外部接続用電極下電極１３のサイズｂが同じである場合である。図２（ｂ）は、外部接続用電極下電極１３のサイズｂが第１の有機絶縁膜６の外部接続用電極５部の開口サイズａより大きい場合である。
【００３２】
以上のように本実施形態によれば、外部接続用電極５に相対する半導体チップ１の最上層の位置に、第１の有機絶縁膜６の第２の開口部と同等以上のサイズの配線あるいは電極を有するので、外部接続用電極５を形成する金属膜の膜応力により保護膜４にクラックが生じて半導体チップ１の最上層の配線へ与えるダメージを低減することができる。そのため、半導体チップ１のプロセスコストを低減できる。
【００３３】
この発明の第２の実施の形態を図３および図４に基づいて説明する。図３は本発明の第２の実施形態の半導体装置の断面図である。
【００３４】
図３において、１は半導体チップ、４は保護膜、５は外部接続用電極、６は第１の有機絶縁膜、８ははんだボール、１５は第１の配線層、１６は第１の電極、１７は第２の配線層、１８は第２の電極である。
【００３５】
図３に示すように、半導体チップ１の電極２が形成された第１の配線層１５の面上に、半導体チップ１の電極２の位置に開口部を有するように形成した感光性を有する有機絶縁膜６と、有機絶縁膜６の開口部に半導体チップ１の電極１６と電気的に接続されるように形成した外部接続用電極５とを備えている。また、第１の配線層１５の下の第２の配線層１７の、第１の配線層１５に形成された半導体チップの電極１６と相対する位置に、有機絶縁膜６の開口部と同等以上のサイズの配線あるいは電極１８を有する。
【００３６】
この場合、図３に示す半導体装置は、ベアチップ実装に用いられるチップ状の半導体装置であり、その上面内に半導体集積回路が形成された半導体チップ１上に半導体チップ１の半導体集積回路と電気的に接続された第１の配線層１５により半導体チップ１の全面にエリア状に第１の電極１６が形成されている。また、この半導体チップ１の表面は第１の電極１６の部分を開口した絶縁性の保護膜４で覆われている。そして、この半導体チップ１の保護膜４表面には半導体チップ１の第１の電極１６の部分を開口した感光性の有機樹脂である第１の有機絶縁膜６が形成されている。この第１の有機絶縁膜６上には半導体チップ１の電極１６と接続される外部接続用電極５が形成され、外部接続用電極５上にははんだバンプ８が形成されている。しかも第１の配線層１５の下の第２の配線層１７の第１の電極１６と相対する位置に第２の電極１８が形成された構造になっている。
【００３７】
さらに、この第２の電極１８は半導体チップ１の集積回路に電気的に接続されていても、電気的に独立していてもどちらでも良い。
【００３８】
図４は本発明の第２の実施形態の第１の電極１６と第２の電極１８のサイズの関係を示した説明図である。図４において、ａは第１の電極１６のサイズ、ｂは第２の電極１８のサイズを示している。また、第１の電極１６のサイズａと第１の有機絶縁膜６の開口部のサイズは同等である。
【００３９】
図４（ａ）は、第１の電極１６のサイズａと第２の電極１８のサイズｂが同じである場合である。図４（ｂ），（ｃ）は第１の電極１６のサイズａが第２の電極１８のサイズｂより小さい場合である。
【００４０】
図４（ｃ）は第１の電極１６の下に、複数の配線または電極が存在する場合を想定している。第１の電極１６の下にある電極あるいは配線が複数個あっても、第１の有機絶縁膜６の開口部の周囲と重なる位置にある電極あるいは配線のエッジ間が、第１の有機絶縁膜６の開口部のサイズより大きければ、図４の（ａ），（ｂ）と同じ効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明にかかる半導体装置は、外部接続用電極を形成する金属膜の膜応力による半導体チップの最上層の配線へのダメージを低減することができる等の効果を有し、特に半導体チップ上で外部端子用の電極パッドが再配線され、外部端子が２次元エリア配置された半導体装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の外部接続用電極下電極のサイズの関係を示した説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の半導体装置の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の第１の電極と第２の電極のサイズの関係を示した説明図である。
【図５】従来例の半導体装置を示す断面図である。
【図６】従来例の半導体装置の実装方法を示す断面図である。
【図７】従来例の半導体装置の問題点を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  半導体チップ
２  電極
３  内部配線
４  保護膜
５  外部接続用電極
６  第１の有機絶縁膜
７  配線パターン
８  はんだボール
９  ＵＢＭ(アンダー・バリア・メタル)
１０  プリント配線基板
１１  接続用配線電極
１２  アンダーフィル
１３  外部接続用電極下電極
１４  第２の有機絶縁膜
１５  第１の配線層
１６  第１の電極
１７  第２の配線層
１８  第２の電極
【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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