(57)【要約】【課題】フリップチップ接続された半導体チップは、チップ周縁部に形成されたバンプにかかる熱伸縮によるひずみ応力は中央部に形成されたバンプにかかる応力よりも大きいため、周縁部の接続信頼性が中央部の接続信頼性よりも劣る。そのため、バンプサイズがチップ内において、一律の場合、中央基点部から距離の大きい位置であるチップ周縁部に形成されたバンプの接続信頼性は中央付近に形成されたバンプ接続信頼性よりも劣り、半導体装置としての信頼性が確保されない。【解決手段】キャリア基板８の配線パターン６の一部と、半導体チップ１の表面とがフリップチップ接続された半導体装置であって、フリップチップ接続時のエリア上に形成された電極パッド上に形成されるバンプは、半導体チップ１の平面内において、中央部領域よりも周縁部領域の方がバンプサイズが大きい構造を有することを特徴としている。【選択図】図１
2005303176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの表面に外部と接続するための電極パッドが複数列の枠状に配列され、前記電極パッドの上にバンプが形成された半導体装置において、周縁部領域の枠状に配列された第１の電極パッド上の第１のバンプのサイズが中央部領域に配列された第２の電極パッド上の第２のバンプのサイズより大きいことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
中央部領域に配列された第２の電極パッドは、格子状または複数列の枠状に配列され、前記第２の電極パッド上に形成される第２のバンプのサイズは、すべて同じであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
中央部領域に配列された第２の電極パッドは、複数列の枠状に配列され、前記第２の電極パッド上に形成される第２のバンプのサイズは、前記半導体チップの中心から周縁部領域方向に向かって大きくすることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
第１のバンプの直径は、第２のバンプの直径より１．１倍／ｍｍ以上異なることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
第２のバンプのサイズは、半導体チップの中心から周縁部領域方向に向かって１．１倍／ｍｍ以上大きくすることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項６】
第１のバンプのサイズと第２のバンプのサイズに連動して、第１の電極パッドと第２の電極パッドの変更することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
半導体チップを搭載するキャリア基板は、表面に配線パターンと、裏面に前記配線パターンと電気的に接続された外部端子を有し、半導体チップ上に形成された第１のバンプと第２のバンプが、前記配線パターンと接続され、前記キャリア基板の表面と前記半導体チップの表面との間隙にバンプを覆うように封止樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
半導体チップの表面に外部と接続するための電極パッドが複数列の枠状に配列され、前記電極パッドの上にバンプが形成された半導体装置の製造方法において、周縁部領域の枠状に配列された第１の電極パッド上の第１のバンプのサイズを中央部領域に配列された第２の電極パッド上の第２のバンプのサイズより大きく形成する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
第１のバンプのサイズを第２のバンプのサイズより大きく形成する工程は、同一の金線径を使用して、キャピラリより金線を導出した前記金線の先端に放電する電流値条件と放電時間を調整して異なるサイズの金ボールを生成することにより行うことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
第１のバンプのサイズを第２のバンプのサイズより大きく形成する工程は、第１のキャピラリより第１の金線を導出して前記第１のバンプを生成し、第２のキャピラリより第２の金線を導出して前記第２のバンプを生成し、前記第１の金線の径を前記第２の金線の径
より大きくすることにより行うことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
第１のバンプと第２のバンプを形成後、異なる高さにレベリングすることを特徴とした請求項８乃至１０のいずれかに半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置をフリップチップ接続で構成している半導体チップ内における電極パッド及び電極パッド上のバンプの配置と大きさに関するものであり、半導体チップの電極パッドが枠状に複数配置され、フリップチップ接続信頼性を確保する構造を有した半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８は、従来の半導体装置、ここでは、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）と称されるフリップチップ実装型の半導体装置の構成図である。図８（ａ）は、半導体装置に搭載される半導体チップの平面図およびパッド周辺の拡大図、図８（ｂ）は、フリップチップ実装型の半導体装置の断面図、図８（ｃ）は、その斜視図を示している。
【０００３】
図８（ａ）に示すように、半導体チップ１は、半導体チップ１の外部に接続するための電極パッドが形成され、電極パッド上に金バンプが形成されている。電極パッドは、最外周縁部にペリフェラル配列された最外周縁電極パッド２と、チップ中央部にエリア配列された中央領域エリア電極パッド３とからなり、その上には、それぞれ最外周縁バンプ４、中央領域エリアバンプ５が形成されている。拡大図は、平面図Ｂ位置での最外周縁電極パッド２部分を示す。
【０００４】
図８（ｂ）に示すように、半導体装置は、半導体チップ１の最外周縁バンプ４、中央領域エリアバンプ５が、各層に配線パターン６が形成された１層または複数層の基板であるキャリア基板８の表面の配線パターン６と接続され、さらに、キャリア基板８内の配線パターン６を介してキャリア基板８裏面の半導体装置外部に引き出す外部端子９と接続されている。キャリア基板８と半導体チップ１の隙間は封止樹脂７で封止されている。
【０００５】
従来、最外周縁電極パッド２と中央領域エリア電極パッド３のサイズはチップ内において同一サイズである。また、最外周縁電極パッド２と中央領域エリア電極パッド３上の最外周縁バンプ４と中央領域エリアバンプ５は同一サイズである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０１−２３８１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の半導体装置の構成において、フリップチップ接続された半導体チップ１は、半導体チップ１の最外周縁部に形成された最外周縁バンプ４にかかる熱伸縮によるひずみ応力が、半導体チップ１の中央領域に形成された中央領域エリアバンプ５にかかる応力よりも大きいため、最外周縁部の接続信頼性が中央領域の接続信頼性よりも劣る。
【０００７】
一般に、熱伸縮によるひずみ応力はバンプにかかる温度差と、半導体チップ中央基点部からの距離に相関する。温度差が均一な場合は、半導体チップ中央基点部から距離が大きい位置に形成されたバンプにかかる応力は半導体チップ中央付近に形成されたバンプにかかる応力よりも大きい。これより、バンプサイズが半導体チップ内において同一の場合、半導体チップ中央基点部から距離の大きい位置である半導体チップ最外周縁部に形成されたバンプの接続信頼性は中央領域付近に形成されたバンプ接続信頼性よりも劣り、半導体装置としての信頼性が確保されない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題を解決するために、本発明の半導体装置は、表面に配線パターンと、裏面に前記配線パターンと接続した外部端子とを有したキャリア基板と、表面に集積回路素子と複数の枠状に配列した複数の電極パッドとが形成された半導体チップとを有し、前記キャリア基板の前記配線パターンの一部と前記半導体チップ表面の電極パッド上に形成されたバンプとがフリップチップ接続された半導体装置であって、前記フリップチップ接続時の電極パッド上に形成されるバンプは、前記半導体チップの平面内において中央部領域よりも周縁部領域の方がバンプサイズが大きい構造を有することを特徴としている。また、半導体チップ平面内に複数の枠状に配列した複数の電極パッド上に形成されたバンプにおいて、前記バンプの直径が半導体チップ中央から外周方向に向かって１．１倍／ｍｍ以上異なるバンプを有する半導体装置である。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように本発明は、半導体装置を構成する半導体チップへのバンプ形成サイズを半導体チップ平面内の周縁部の方が中央領域部よりも大きい構造を有し、それを実現することのできる電極パッド開口サイズを構成することで、フリップチップ接続の際の接続信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の半導体装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施形態における半導体装置、ここでは、フリップチップ実装型の半導体装置の構成図である。図１（ａ）は、半導体装置に搭載される半導体チップの平面図、図１（ｂ）は半導体チップの電極パッドにバンプを形成した時の平面図およびパッド周辺の拡大図、図１（ｃ）は、フリップチップ実装型の半導体装置における図１（ｂ）Ａ−Ａ’での断面図を示している。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、半導体チップ１は、半導体チップ１の外部と電気的に接続するための電極パッドが形成され、最外周縁部にペリフェラル配列された最外周縁電極パッド１２と、最外周縁部からチップ中央部に向かって矩形の枠状に順次配列した第１、第２、第３の中央領域エリア電極パッド１３、１４、１５が形成されている。
【００１３】
図１（ｂ）に示すように、最外周縁電極パッド１２と第１、第２、第３の中央領域エリア電極パッド１３、１４、１５の上には、それぞれ最外周縁バンプ１６、第１、第２、第３の中央領域エリアバンプ１７、１８、１９が形成されている。
【００１４】
図１（ｃ）に示すように、半導体装置は、半導体チップ１の最外周縁バンプ１６、第１、第２、第３の中央領域エリアバンプ１７、１８、１９が、各層に配線パターン６が形成された１層または複数層の基板であるキャリア基板８の表面の配線パターン６とフリップチップ接続され、さらに、キャリア基板８内の配線パターン６を介してキャリア基板８裏面の半導体装置外部に引き出す外部端子９と接続されている。キャリア基板８と半導体チップ１の隙間は封止樹脂７で封止されている。
【００１５】
本発明の半導体装置においては、第１、第２、第３の中央領域エリアバンプ１７、１８、１９の大きさを最外周縁バンプ１６より小さい構成としている。さらに、第１、第２、第３の中央領域エリアバンプ１７、１８、１９の大きさは、最外周縁から中央に近づくほど小さい構成としている。つまり、第１の中央領域エリアバンプ１７、第２の中央領域エリアバンプ１８、第３の中央領域エリアバンプ１９の順にバンプの大きさが小さくなっている。
【００１６】
ここで、半導体チップ１の最外周縁バンプ１６の径と第１、第２、第３の中央領域エリアバンプ１７、１８、１９のバンプ径の相関は以下の式（１）、（２）、（３）で表される。
【００１７】
（第３の中央領域エリアバンプ１９の径）×１．１×（バンプ間ピッチ距離）≦（第２の中央領域エリアバンプ１８の径）                    ・・・（１）
（第２の中央領域エリアバンプ１８の径）×１．１×（バンプ間ピッチ距離）≦（第１の中央領域エリアバンプ１７の径）                    ・・・（２）
（第１の中央領域エリアバンプ１７の径）×１．１×（バンプ間ピッチ距離）≦（最外周縁バンプ１６の径）                                ・・・（３）
最外周縁電極パッド１２および第１、第２、第３の中央領域エリア電極パッド１３、１４、１５の大きさについては、その上に形成されるバンプの大きさに伴って変える構成とするが、おなじでもよい。
【００１８】
以上のように、バンプと電極パッドの大きさを最外周縁部から順次小さくすることにより、各バンプにかかる応力の差は小さくなり、多い数の電極パッドを有する半導体チップに効果があり、バンプ接続信頼性が向上し、半導体装置としての信頼性が確保される。
【００１９】
図２は、本発明の第２の実施形態における半導体装置、ここでは、フリップチップ実装型の半導体装置の構成図である。図２（ａ）は、半導体装置に搭載される半導体チップの平面図、図２（ｂ）は半導体チップの電極パッドにバンプを形成した時の平面図、図２（ｃ）は、フリップチップ実装型の半導体装置の断面図を示している。
【００２０】
図１に示す第１の実施形態における半導体装置との相違点は、第１、第２、第３の中央領域エリアバンプ１７、１８、１９の大きさを最外周縁バンプ１６より小さい構成としているが、第１、第２、第３の中央領域エリアバンプ１７、１８、１９の大きさは、同一としていることである。第１、第２、第３の中央領域エリア電極パッド１３、１４、１５についても同様に、それらの大きさに同じで、最外周縁電極パッド１２の大きさより小さい構成である。
【００２１】
ここで、半導体チップ１の最外周縁バンプ１６の径と第１、第２、第３の中央領域エリアバンプ１７、１８、１９のバンプ径の相関は以下の式（４）で表される。
（第１の中央領域エリアバンプ１７の径）＝（第２の中央領域エリアバンプ１８の径）＝（第３の中央領域エリアバンプ１９の径）≦（最外周縁バンプ１６の径）／（１．１×バンプ間ピッチ距離）                                ・・・（４）
以上のように、バンプと電極パッドの大きさを最外周縁部より中央領域で小さくすることにより、各バンプにかかる応力の差は小さくなり、少ない数の電極パッドを有する半導体チップに効果があり、バンプ接続信頼性が向上し、半導体装置としての信頼性が確保される。また、中央領域と最外周縁の２種類の電極パッド、バンプのサイズに限定することで、第１の実施形態に比べ、製造工程、品質管理の簡素化が可能である。
【００２２】
ここでは図示はしていないが、半導体チップ中央領域に形成される電極パッドおよびバンプの配列はエリア（格子）配列やハニカム（蜂の巣）配列になっていても良い。
【００２３】
図３は本発明の一実施形態における半導体装置の接続バンプを示す断面図である。図３（ａ）は、フリップチップ実装型の半導体装置の断面図であり（封止樹脂は図示せず）、図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、図３（ａ）Ｃ部に示す最外周縁バンプ１６部分の拡大図であり、接続バンプ方法の違いにより３通り示している。
【００２４】
図３（ｂ）の接続バンプ方法は、半導体チップ１内の電極パッド１２上に金スタッドバンプ２１を形成し、金スタッドバンプ２１に接続用樹脂２２を転写方法でバンプに被せ、キャリア基板８の配線パターン６と接合させる方法である。この接続方法をＳＢＢ（スタッドバンプボンディング）工法と呼ぶ。接続用樹脂２２は、例えば、バインダーとしてエポキシレジン、導体フィラーとしてＡｇ−Ｐｄ共沈紛によりなる接着剤を含む。
【００２５】
図３（ｃ）の接続バンプ方法は、半導体チップ１内の電極パッド１２上に金めっきバンプ２４を形成する方法である。一般的には、半導体ウェハー状態で各半導体チップ１の電極パッド１２上に一括に金めっきバンプ２４形成を行う。製造方法としては、半導体ウェハー状態で各半導体チップ１の電極パッド１２上に一括に金めっきバンプ２４形成を行うため、半導体ウェハーの電極パッド１２上にＴｉＮとＡｕをスパッタリングで蒸着し、ＡＬ−ＴｉＮ−Ａｕの層を形成する。その後、電極パッド１２上のみ開口したマスクを被せ、電解めっき方法で電極パッド１２上に金めっきを行った後、レジストを除去し、金めっきバンプ２４を形成する。
【００２６】
図３（ｄ）の接続バンプ方法は、半導体チップ１内の電極パッド１２上に半田めっきバンプ２５を形成する方法である。一般的には、半導体ウェハー状態で各半導体チップ１の電極パッド１２上に一括に半田めっきバンプ２５形成を行う。製造方法としては、半導体ウェハー状態で各半導体チップ１の電極パッド１２上に一括に半田めっきバンプ２５形成を行い、半導体ウェハーの電極パッド１２上にＴｉＮとＮをスパッタリングで蒸着し、ＡＬ−ＴｉＮ−Ｎの層を形成する。その後、電極パッド１２上のみ開口したマスクを被せ、電解めっき方法で電極パッド１２上にＳｎ−Ａｇの半田めっきを行った後、レジストを除去し、半田めっきバンプ２５を形成する。
【００２７】
ここで、例として最外周縁バンプ１６について説明したが、第１、第２、第３の中央領域エリアバンプ１７、１８、１９についても同様である。
【００２８】
図４は本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法の一部を示す図であり、バンプ製造方法についてを示している。
【００２９】
図４（ａ）は半導体チップ１の平面内に複数の枠状に配列した複数の電極パッドが中央部領域よりも周縁部領域を大きく形成する工程を示す。ここでは、３つの枠状に配列した場合を示す。
【００３０】
半導体チップ１の表面の最外周縁電極パッド１２および第１、第２の中央領域エリア電極パッド１３、１４にそれぞれ形成される最外周縁バンプ１６、第１、第２の中央領域エリアバンプ１７、１８のサイズは、φ０．０３〜０．１ｍｍ程度、高さは０．０１〜０．０５ｍｍ程度である。最外周縁電極パッド１２および第１、第２の中央領域エリア電極パッド１３、１４のサイズは、最外周縁バンプ１６、第１、第２の中央領域エリアバンプ１７、１８のサイズよりも数十μｍ大きめに形成する。半導体チップ１は単結晶シリコン基材の表層に集積回路（トランジスタなど）を形成した後、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮなどで導通された複数層（３〜４層）の配線で電気的に接続し、さらに表層でそれらを３０ｎｍ〜１０００ｎｍ厚のＣｕ配線パターンニングで電気的に接続し、任意の最外周縁電極パッド１２および第１、第２の中央領域エリア電極パッド１３、１４に接続する。最外周縁電極パッド１２および第１、第２の中央領域エリア電極パッド１３、１４はＡＬ、Ｃｕ層を設け、最表面にＣＶＤ法などによりＡＬ、もしくはＰｄ、Ａｕなどを被覆形成する。これは最外周縁バンプ１６、第１、第２の中央領域エリアバンプ１７、１８形成時の接合時の超音波、荷重や熱などの衝撃や組み立てられた後の接合信頼性を保つためである。
【００３１】
図４（ｂ）は電極パッド上にバンプを中央部領域よりも周縁部領域が大きくなるように形成する工程を示す。
【００３２】
金スタッドであるバンプ最外周縁バンプ１６、第１、第２の中央領域エリアバンプ１７、１８は、熱圧着・超音波方法のワイヤーボンダー設備によって、φ１８μｍからφ３０μｍの金線３１を使用して、金線３１先端に形成したボールを電極パッドに熱圧接することにより、金スタッドバンプの２段突起の下段部を形成し、さらにキャピラリ３０を移動させることにより、形成した金線３１のループをもたせ、２段突起の上段部を形成する。
【００３３】
このときに、同一の金線径３２を使用して、半導体チップ１平面内の最外周縁電極パッド１２および第１、第２の中央領域エリア電極パッド１３、１４上に、最外周縁バンプ１６、第１の中央領域エリアバンプ１７、第２の中央領域エリアバンプ１８のサイズが順に小さくなるように、つまり周縁部領域よりも中央部領域にいくほど小さくなるように、キャピラリ３０より導出した金線３１の先端に放電する電流値条件と放電時間を調整して異なる金ボールを生成し、異なるサイズの金スタッドバンプを形成する。金スタッドバンプと記した場合は、バンプ最外周縁バンプ１６、第１、第２の中央領域エリアバンプ１７、１８を総称している。バンプは、金以外でもスタッドバンプ以外でもかまわない。
【００３４】
図４（ｃ）は、金スタッドバンプの頭頂をレベリング（平坦化）する工程を示す。図４（ｂ）の工程直後では、同一サイズの金スタッドバンプでもバンプ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、金スタッドバンプの２段突起頭頂部をレベリングツール３３で加圧することで、高さの均一化ならびに頭頂部のレベリングを行う。ここで、半導体チップ１の平面内の周縁部領域の最外周縁電極パッド１２上の最外周縁バンプ１６と、中央部領域の第１、第２の中央領域エリアバンプ１７、１８をそれぞれ異なる高さ３５、３６、３７でレベリングすることで、各々の金スタッドバンプの頭頂部を最適に平坦化できる。
【００３５】
図４（ｄ）、（ｅ）は半導体チップ１内に異なるサイズの金スタッドバンプを形成した平面図と頭頂部をレベリングした後の金スタッドバンプ３８の断面図を示す。
【００３６】
図５は本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法の一部を示す工程である。
【００３７】
図５（ａ）、（ｂ）は半導体チップ１内に異なるサイズの最外周縁バンプ１６、第１、第２の中央領域エリアバンプ１７、１８を形成した様子であり、Ａ−Ａ’断面の一部を示しており、最外周縁バンプ１６、第１、第２の中央領域エリアバンプ１７、１８に接続用樹脂４０を転写方法でバンプに被せた様子を示している。
【００３８】
図５（ｂ）に示すように、接続用樹脂４０をシャーレなど台の上に均一の厚みで準備しておき、金スタッドバンプに接続用樹脂４０を転写方法でバンプに被せる。このとき、接続用樹脂４０を異なるサイズの最外周縁バンプ１６、第１、第２の中央領域エリアバンプ１７、１８に調整して被せることで良好に半導体チップ１とキャリア基板８を接続できる。
【００３９】
図５（ｃ）は接続用樹脂４０を金スタッドバンプに被覆した状態の半導体チップ１をシート基板４１（複数のキャリア基板８が集合したもの）の個々のキャリア基板８表面の配線パターン６に位置あわせして、フリップチップ接続する様子を示している。また、キャリア基板８の材質は複数層に配線層が積層されたセラミックからなり、各層間はタングステン層の配線パターン６が埋設されている。各層を繋ぐビア（電気的に接続する部分）はモリブデン材で電気的に導通される。半導体チップ１の最外周縁電極パッド１２および第１、第２の中央領域エリア電極パッド１３、１４上の金スタッドバンプが接続される部分や外部端子９となる部分は１０μｍから３０μｍ厚のタングステンの配線上に無電解めっきで数μｍ厚のＮｉ、さらに０．１μｍから０．８μｍ程度のＡｕ層にめっきが施されている。
【００４０】
図５（ｄ）はフリップチップ接続されたキャリア基板８の表面と半導体チップ１の表面との間隙に金スタッドバンプを覆うように封止樹脂用ノズル４３で封止樹脂７を充填する工程を示している。
【００４１】
図５（ｅ）はシート基板４１を切断ソー４５で、個々のキャリア基板８に分離する工程の様子を示している。切断ソー４５で個々のキャリア基板８に分離するには、シート基板４１を治工具で固定し、切削水を噴射しながら２００００ｒｐｍから５００００ｒｐｍで回転させた切断ソー４５で１０ｍｍ／ｓから１００ｍｍ／ｓで切断、分離する。切断ソー４５の材料構成は砥石にあたる砥粒とそれらを接着するボンド材からなる。一般的には、砥粒はダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ＧＣ、Ａ、ＷＡ等の材質からなり、ボンド材は電着、電鋳等のニッケル等の金属をメッキしたもの、フリット、セラミック等を焼結したビトリファイド、フェノールレジン等の熱硬化性樹脂を焼結したレジン、または銅、すず等の各種メタルを用い焼結したメタル等の材質からなる。
【００４２】
図６は本発明の他の実施形態における半導体装置の製造方法の一部を示す工程断面図である。
【００４３】
図４に示す実施形態と特に違う点は、異なるサイズの金スタッドバンプを熱圧着・超音波方法のワイヤーボンダー設備によって、それぞれφ１８μｍからφ３０μｍと異なる金線径４７、４８、４９を持つ金線５０と、それ用のキャピラリ５１、５２、５３で、金線先端に異なるサイズの金ボール５５、５６、５７を生成し、電極パッドに熱圧接することにより、異なるサイズの金スタッドバンプを形成する。以下は、図４と同等のため説明を省略する。
【００４４】
図７は、本発明の一実施形態における半導体装置の半導体チップにおいて、図７（ａ）に示す半導体チップ１の平面図で半導体チップ中央からの距離Ｄに対するバンプの熱膨張による伸びを示すグラフである（図７（ｂ））。
【００４５】
半導体装置の最周縁領域部に形成された最外周縁バンプ１６のサイズが最周縁領域部よりチップ中央側の領域部に形成された第１、第２、第３の中央領域エリアバンプ１７、１８、１９のサイズの１．１／ｍｍ倍以上になると、接続信頼性が大きく向上することの根拠を示すものである。
【００４６】
バンプ接続信頼性を決定するバンプとキャリア基板の接続抵抗値は半導体チップ中央部分からの距離Ｄに比例する。例えば、セラミック製キャリア基板とバンプ接続を考えると、セラミック製キャリア基板の熱膨張係数は１５ｐｐｍ／℃、製造上２８０〜３２０℃の温度差があることから、バンプにかかる熱膨張による伸び量は１５ｐｐｍ／℃×（半導体チップ中央からの距離Ｄ）×２８０〜３２０℃となる。
【００４７】
半導体チップ１のサイズと膨張率（膨張による伸び量）の相関簡略グラフを図７（ａ）に示す。図７（ａ）においては、半導体チップ１のサイズはその最終形態として、微細プロセス化、信頼性、生産効率などから半導体装置サイズの小型化の要望からも、ほとんどのシステムＬＳＩの半導体チップ１のサイズは５ｍｍ×５ｍｍから１０ｍｍ×１０ｍｍ以下、厚みは０．１ｍｍから０．４ｍｍの範囲となっている。このことから、半導体チップ中央からの距離Ｄは５ｍｍまでで示している。また、電極パッドを形成する電極パッド列間隔は電極パッドサイズなどから考慮して、１ｍｍ間隔が現実的であることから横軸を１ｍｍ間隔で示した。電極パッドが隣接する列でもっとも伸び量差が大きいのは、半導体チップ１中央からの距離Ｄが４ｍｍと５ｍｍの場合であり、半導体チップ１中央からの距離が４ｍｍの場合の最大値１９．２uｍと、半導体チップ１中央からの距離が５ｍｍの場合の最小値２１．０uｍとの比率は１．１倍である。このことより、半導体チップ１のバンプ接続抵抗を均一にするようなバンプサイズを実現するために、バンプサイズを１．１倍／ｍｍとした。
【００４８】
以上の構成の通り、本発明の半導体装置は、半導体装置をフリップチップ接続で構成している半導体チップ内における電極パッドおよびバンプの配置とサイズに関するものであり、半導体装置の充分なフリップチップ接続信頼性を確保する構造を有した半導体装置に関するものである。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、単体の半導体装置だけでなく、半導体装置を積層する場合も有効であり、電極パッドが複数列の枠状に形成され、そこにバンプを形成するようなすべての半導体装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態における半導体装置の構成図
【図２】本発明の第２の実施形態における半導体装置の構成図
【図３】本発明の一実施形態における半導体装置の接続バンプを示す断面図
【図４】本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す図
【図５】本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す図
【図６】本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す図
【図７】本発明の一実施形態における半導体装置のバンプの熱膨張を示す特性図
【図８】従来の半導体装置の構成図
【符号の説明】
【００５１】
１  半導体チップ
６  配線パターン
７  封止樹脂
８  キャリア基板
９  外部端子
１２  最外周縁電極パッド
１３  第１の中央領域エリア電極パッド
１４  第２の中央領域エリア電極パッド
１５  第３の中央領域エリア電極パッド
１６  最外周縁バンプ
１７  第１の中央領域エリアバンプ
１８  第２の中央領域エリアバンプ
１９  第３の中央領域エリアバンプ
３０  キャピラリ
３１  金線
【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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