(57)【要約】【課題】導電層の端子部において封止層の剥離が進行することを抑制した半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】電極３を有する半導体基板２と、半導体基板２上に形成され、電極３に対応する位置に開口部４ａを有する絶縁樹脂層４と、絶縁樹脂層４上に形成され、絶縁樹脂層４の開口部４ａから露出する電極３と電気的に接続される金属配線層５と、金属配線層５上に形成され、金属配線層５の金属端子５ｂに対応する位置に開口部６ａを有する封止樹脂層６と、封止樹脂層６の開口部６ａから露出する金属端子５ｂ上に形成されるはんだバンプ７とを備え、金属端子５ｂの封止樹脂層６で被覆された部分のうち、少なくとも開口部６ａの周囲に位置する領域に溝部８が設けられ、封止樹脂層６の一部が溝部８内を満たしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を有する基材と、
前記基材上に配され、前記電極に対応する位置に開口部を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に配され、前記絶縁層の開口部から露出する前記電極と電気的に接続される導電層と、
前記導電層上に配され、前記導電層に設けられた端子部に対応する位置に開口部を有する封止層と、
前記封止層の開口部から露出する前記端子部上に配されるはんだバンプとを備え、
前記端子部の前記封止層で被覆された部分のうち、少なくとも前記開口部の周囲に位置する領域に凹部が設けられ、前記封止層の一部が該凹部内を満たしていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記凹部は、前記開口部の輪郭に沿うように設けられてい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】
前記凹部の深さは、前記端子部の厚みに占める比率が１０〜９０％の範囲であ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４】
電極を有する基材上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の前記電極に対応する位置に開口部を形成する工程と、
前記絶縁層の開口部から露出する前記電極と電気的に接続される導電層を形成する工程と、
前記導電層に設けられた端子部に凹部を形成する工程と、
前記導電層上に前記凹部内を満たすと共に、前記端子部を被覆する封止層を形成する工程と、
前記封止層の前記端子部に対応する位置に開口部を形成する工程と、
前記封止層の開口部から露出する前記端子部上にはんだバンプを形成する工程とを備え、
前記端子部の前記封止層で被覆される部分のうち、少なくとも前記開口部の周囲に位置する領域に前記凹部を形成することを特徴とする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、例えば配線基板（インタポーザ）などを使用しないウェハレベルＣＳＰ等において使用される半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体パッケージ（半導体装置）では、例えば半導体チップを樹脂により封止し、この封止された樹脂周辺の側面部に金属リード線を配置した周辺端子配置型が主流であった。しかしながら、このパッケージ構造の場合、パッケージの面積が半導体チップの面積よりも大きくなってしまう。このため、近年では、いわゆるＣＳＰ（チップスケールパッケージ又はチップサイズパッケージ）と呼ばれるパッケージ構造が急速に普及しつつある。
【０００３】
このＣＳＰは、パッケージの平坦な表面に電極を平面状に配置する、いわゆるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）技術の採用により、同一電極端子数を持つ同一投影面積の半導体チップを、従来よりも小さい面積で電子回路基板に高密度実装するものである。したがって、このＣＳＰは、パッケージの面積が半導体チップの面積にほぼ等しいため、電子機器の小型軽量化に大きく貢献することができる。
【０００４】
このＣＳＰは、回路を形成したシリコンウエハを切断し、切断された個々の半導体チップに対して個別にパッケージングを施し、完成させたものである。一方、ウエハレベルＣＳＰと呼ばれるパッケージ構造は、シリコンウエハ上に、絶縁層、再配線層（導電層）、封止層、はんだバンプ等を形成する。そして、最終工程においてウエハを所定のチップ寸法に切断することで、パッケージの面積を半導体チップの面積にほぼ等しくしたものである。すなわち、このウエハレベルＣＳＰでは、ウエハの全面にこれらの回路を形成し、最終工程においてウエハをダイシングすることから、切断したチップそのものの大きさが、パッケージの施された半導体チップとなり、実装基板に対して最小投影面積を有するパッケージ構造を得ることができる。
【０００５】
このようなウエハレベルＣＳＰ構造を有する半導体装置を図１６に示す。
この半導体装置は、電極１０１を有する半導体基板１０２と、この半導体基板１０２上に形成された絶縁樹脂層１０３と、この絶縁樹脂層１０３上に形成された金属配線層１０４と、この金属配線層１０４を覆う封止樹脂層１０５とを備えている。また、金属配線層１０４の一端側は、絶縁樹脂層１０３に形成された開口部１０６から露出する電極１０１と電気的に接続されている。
【０００６】
一方、金属配線層１０４の他端側には、金属端子１０４ａが設けられている。この金属端子１０４ａは、表面実装部品を実装するためにはんだ付けする箇所であり、例えば図１７に示すように、金属配線層１０４の端部において円形（或いは方形）といった形状を有している。また、金属配線層１０４を覆う封止樹脂層１０５には、図１６に示すように、この金属端子１０４ａを露出させる開口部１０７が形成されている。そして、この開口部１０７から露出する金属端子１０４ａ上には、はんだバンプ１０８が形成されている。
【０００７】
ところで、この半導体装置は、金属端子１０４ａの開口部１０７の周囲が封止樹脂層１０５により被覆された、いわゆるＳＭＤ(Solder Mark Defined)構造を有している。すなわち、このＳＭＤ構造では、封止樹脂層１０５の開口部１０７の方が金属端子１０４ａよりも小さくなっている。
【０００８】
しかしながら、このようなＳＭＤ構造を有する従来の半導体装置では、図１８に示すように、開口部１０７に臨む金属端子１０４ａと封止樹脂層１０５との間の隙間に空気中の水分が侵入することによって、この金属端子１０４ａと封止樹脂層１０５との密着力が弱まり、その結果、封止樹脂層１０５が金属端子１０４ａから剥離してしまうといった問題があった。
【０００９】
また、一度剥離した封止樹脂層１０５は、その進行が促進されるため、この封止樹脂層１０５の剥離が進行した場合、封止樹脂層１０５の開口部１０７の周囲が金属端子１０４ａから完全に剥離してしまうこともある。この場合、完全に露出した金属端子１０４ａの上に異物などが配線間を跨ぐように付着すれば、配線の短絡といった問題も生じることになる。
【特許文献１】特開２００４−２０７３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、導電層の端子部において封止層の剥離が進行することを抑制した半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１に係る半導体装置は、電極を有する基材と、基材上に配され、電極に対応する位置に開口部を有する絶縁層と、絶縁層上に配され、絶縁層の開口部から露出する電極と電気的に接続される導電層と、導電層上に配され、導電層に設けられた端子部に対応する位置に開口部を有する封止層と、封止層の開口部から露出する端子部上に配されるはんだバンプとを備え、端子部の封止層で被覆された部分のうち、少なくとも開口部の周囲に位置する領域に凹部が設けられ、封止層の一部が該凹部内を満たしていることを特徴とする。
本発明の請求項２に係る半導体装置は、請求項２において、凹部が開口部の輪郭に沿うように設けられていることを特徴とする。
本発明の請求項３に係る半導体装置は、請求項１において、凹部の深さの端子部の厚みに占める比率が、１０〜９０％の範囲であることを特徴とする。
本発明の請求項４に係る発明は、電極を有する基材上に絶縁層を形成する工程と、絶縁層の電極に対応する位置に開口部を形成する工程と、絶縁層の開口部から露出する電極と電気的に接続される導電層を形成する工程と、導電層に設けられた端子部に凹部を形成する工程と、導電層上に凹部内を満たすと共に、端子部を被覆する封止層を形成する工程と、封止層の端子部に対応する位置に開口部を形成する工程と、封止層の開口部から露出する端子部上にはんだバンプを形成する工程とを備え、端子部の封止層で被覆される部分のうち、少なくとも開口部の周囲に位置する領域に凹部を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、端子部の封止層で被覆された部分のうち、少なくとも開口部の周囲に位置する領域に凹部が設けられていることから、封止層で被覆された部分の端子部と封止層との密着強度を高め、この封止層の剥離が進行することを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した半導体装置及びその製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１４】
図１に示すように、本発明を適用した半導体装置１は、例えば集積回路（図示せず。）が形成された半導体基板（基材）２と、この半導体基板２の表面に設けられた電極３と、この半導体基板２の表面を覆う絶縁樹脂層４と、この絶縁樹脂層４上に配された金属配線層（導電層）５と、この金属配線層５が配された面上を覆う封止樹脂層６とを備えている。
【００１５】
この半導体装置１に用いられる基材としては、半導体基板２に限定されず、例えば配線基板（インターポーザ）などを使用しないウェハレベルＣＳＰ等の半導体パッケージや、各種半導体装置、各種電子装置等の用いられる基板などを挙げることができる。また、電極３は、半導体基板２上にＣｕ等の導電性の良好な金属を用いて形成されている。
【００１６】
絶縁樹脂層４は、例えば感光性ポリイミドや、感光性エポキシ、感光性ポリベンゾオキサゾール、感光性ＢＣＢ等の合成樹脂材料を用いて形成されている。また、絶縁樹脂層４の電極３に対応する位置には、略円形状の開口部４ａが形成されている。そして、金属配線層５の一端側は、この絶縁樹脂層４に形成された開口部４ａから露出する電極３と電気的に接続されている。
【００１７】
金属配線層５は、主にＣｕ、その他にも、Ａｌや、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属材料を用いて形成されている。この金属配線層５は、一端側が電極３と接続された金属配線（配線部）５ａと、この金属配線５ａの他端側の端部に設けられた金属端子（端子部）５ｂとが連続して形成されたものである。このうち、金属配線５ａは、上記電極３との電気的な接続を行うための再配線層として配されたものでおり、一方、金属端子５ｂは、表面実装部品を実装するためにはんだ付けする箇所である。また、金属端子５ｂは、例えば図２に示すように、金属配線５ａの端部において円形（或いは方形）といった形状を有している。
【００１８】
封止樹脂層６は、図１に示すように、例えば感光性アクリル系樹脂や、エポキシ系樹脂、感光性ポリイミド、感光性エポキシ、感光性ポリベンゾオキサゾール、感光性ＢＣＢ等の合成樹脂材料を用いて形成されている。また、封止樹脂層６の金属端子５ｂに対応する位置には、略円形状の開口部６ａが形成されている。そして、この封止樹脂層６に形成された開口部６ａから露出する金属端子５ｂ上には、はんだバンプ７が配されている。
【００１９】
ところで、この半導体装置１は、金属端子５ｂの開口部６ａの周囲が封止樹脂層６により被覆されたＳＭＤ(Solder Mark Defined)構造を有している。すなわち、このＳＭＤ構造では、封止樹脂層６の開口部６ａの方が金属端子５ｂよりも小さくなっている。
【００２０】
本発明を適用した半導体装置１では、図１、図２及び図３に示すように、金属端子５ｂの封止樹脂層６で被覆された部分のうち、少なくとも開口部６ａの周囲に位置する領域に溝部（凹部）８が設けられている。この溝部８は、金属端子５ｂの表面に開口部６ａの輪郭に沿って略円環状に形成されている。また、溝部８内を封止樹脂層６の一部が満たした状態となっている。この溝部８の深さは、金属端子５ｂの厚みに占める比率が１０〜９０％の範囲であることが好ましい。一方、溝部８の幅は、金属端子５ｂの封止樹脂層６で被覆された部分において任意の幅とすることができる。
【００２１】
ここで、金属端子５ｂ上にある封止樹脂層６が剥離し始めた場合、その起点は、金属端子５ｂを被覆する封止樹脂層６の開口部６ａに臨む端部となる。そして、封止樹脂層６の剥離は、ここを起点として金属端子５ｂの端部側へと進行していく。しかしながら、封止樹脂層６の剥離は、溝部８に到達したとき、この溝部８の底部へと進行するため、金属端子５ｂの端部に到達する（封止樹脂層６が金属端子５ｂから完全に剥離する）までの距離を、溝部８が無い場合よりも、この溝部８の分だけ稼ぐことができる。
【００２２】
したがって、封止樹脂層６の剥離の進行を遅らせる、さらには、この溝部８の存在によって封止樹脂層６で被覆された部分の金属端子５ｂと封止樹脂層６との密着強度が高まることから、封止樹脂層６の剥離の進行自体を食い止めることができる。
【００２３】
なお、凹部は、上述した溝部８の形状に必ずしも限定されるものではなく、例えば、円環状の溝部８が複数に分断された形状や、開口部６ａの輪郭に沿って複数の凹部を並べて配置した形状等とすることもできる。また、凹部の断面形状は、例えば矩形状や、Ｖ字状、Ｕ字状等であってもよく、或いは、凹部の底部のみをそれらの形状とすることもできる。また、金属端子５ｂ上に複数の溝部８を同心円状に並べて配置することもできる。また、金属端子５ｂが角形の場合でも、この金属端子５ｂの表面に開口部６ａの輪郭に沿った凹部を形成すればよい。また、封止樹脂層６の剥離の進行を抑えるため、金属端子５ｂの封止樹脂層６で被覆された部分に凹凸を設けてもよい。
【００２４】
以上のように、本発明を適用した半導体装置１では、金属端子５ｂの封止樹脂層６で被覆された部分のうち、少なくとも開口部６ａの周囲に位置する領域に凹部８を設けることによって、封止樹脂層６で被覆された部分の金属端子５ｂと封止樹脂層６との密着強度を高め、この封止樹脂層６の剥離が進行することを抑えることができる。したがって、このような半導体装置１を搭載した電気電子機器の長期信頼性を向上させることができる。
【００２５】
次に、本発明を適用した半導体装置１の製造方法について説明する。
本発明を適用した半導体装置１の製造方法は、ウエハレベルＣＳＰと呼ばれるものであり、例えば集積回路が形成されたウエハ上に、上述した絶縁樹脂層４、金属配線層（導電層）５、封止樹脂層６、はんだバンプ７等を形成し、最終工程においてウエハを所定のチップ寸法に切断することで、パッケージの面積が半導体チップの面積にほぼ等しい半導体パッケージ（上記半導体装置１）を多数得るものである。なお、以下の説明では、１つの半導体装置１のみを取り上げて、上記半導体装置１の製造方法を説明するものとする。
【００２６】
上記半導体装置１を製造する際は、先ず、図４に示す半導体基板２を用意する。この半導体基板２の表面には、半導体デバイスの信号入力・出力ゲートとなるＩ／Ｏパッド等の電極３が形成されている。
【００２７】
次に、図５に示すように、この半導体基板２の全面を覆う絶縁樹脂層４を形成する。この絶緑樹階層４の厚みは、例えば５〜５０μｍである。そして、この絶縁樹脂層４を形成した後に、絶縁樹脂層４をフォトリソグラフィ技術によりパターニングする、或いは、パターンエッチング技術によりエッチングすることで、電極３の直上に開口部４ａを形成する。
【００２８】
次に、図６に示すように、絶縁樹脂層４が形成された半導体基板２の全面を覆う密着層及び給電層９を形成する。これら密着層及び給電層９は、例えばスパッタ法や真空蒸着法により形成することができる。そのほかにも金属箔をラミネートする手法も用いることができる。また、密着層には、例えば、クロムや、チタン、チタンタングステン合金、ニッケル等を用いることができ、その厚みは、例えば２０〜１００ｎｍである。一方、密着層の上に形成される給電層には、例えば、銅、クロム、チタン、チタンタングステン合金、ニッケル等を用いることができ、その厚みは、例えば５０〜５００ｎｍである。
【００２９】
次に、図７に示すように、密着層及び給電層９上にレジスト層１０を形成する。このレジスト層１０の厚みは、例えば１０〜４０μｍである。このレジスト層１０には、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされた開口部１０ａが形成されている。具体的に、この開口部１０ａは、後述する金属配線層５の金属配線５ａ及び金属端子５ｂに対応した形状を有しており、この開口部１０ａからは給電層が露出している。
【００３０】
次に、図８に示すように、このレジスト層１０が形成された半導体基板２上に、金属配線層５を形成する。この金属配線層５は、例えば電気めっき技術によって開口部１０ａ内でめっき成長させることにより形成される。この金属配線層５の厚みは、例えば５〜３０μｍである。
【００３１】
次に、図９に示すように、レジスト層１０を半導体基板２上から除去する。これにより、一端側が電極３と接続された金属配線（配線部）５ａと、この金属配線５ａの他端側の端部に設けられた金属端子（端子部）５ｂとを連続して形成することができる。
【００３２】
次に、図１０に示すように、金属配線層５をマスクとし、絶縁樹脂層４が露出するまで密着層及び給電層９をエッチングにより除去する。
【００３３】
次に、図１１に示すように、この半導体基板２の全面を覆うレジスト層１１を形成する。このレジスト層１１の厚みは、例えば金属端子５ｂの表面上において０．５〜３０μｍ程度である。このレジスト層１１には、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされた開口部１１ａが形成されている。具体的に、この開口部１１ａは、後述する金属端子５ｂに形成される溝部８に対応した形状を有しており、この開口部１１ａからは金属端子５ｂが露出している。
【００３４】
次に、図１２に示すように、このレジスト層１１をマスクとし、開口部１１ａから露出した金属端子５ｂをハーフエッチングにより除去し、この金属端子５ｂの表面に上記凹部８となる溝部８を形成する。すなわち、金属端子５ｂをエッチングにより全て除去するのではなく、溝部８の底部に金属端子５ｂを残すような湿式パターンエッチング加工により溝部８を形成する。なお、溝部８の深さは、金属端子５ｂの厚みに占める比率を１０〜９０％の範囲とする。
【００３５】
次に、図１３に示すように、レジスト層１１を半導体基板２上から除去する。これにより、金属配線層５が露出することになる。
【００３６】
次に、図１４に示すように、この金属配線層５が露出した半導体基板２の全面を覆う封止樹脂層６を形成する。このとき、金属端子５ｂの溝部８は、封止樹脂層６で埋められた状態となる。そして、この封止樹脂層６を形成した後に、封止樹脂層６をフォトリソグラフィ技術によりパターニングすることで、金属端子５ｂの直上に開口部６ａを形成する。この開口部６ａは、金属端子５ｂよりも小さく、この開口部６ａの周囲は、金属端子５ｂを封止樹脂層６が被覆した状態となっている。
【００３７】
次に、図１５に示すように、封止樹脂層６の開口部６ａから露出する金属端子５ｂ上に、はんだバンプ７を形成する。このはんだバンプ７は、例えば印刷法や、ボール搭載法、めっき成長法によって形成することができる。
以上の工程を経ることによって上記半導体装置１を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明を適用した半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示す半導体装置の金属端子を拡大して示す平面図である。
【図３】図３は、図２中に示す線分Ａ−Ａ’による断面図である。
【図４】図４は、図１に示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、電極が形成された半導体基板を示す断面図である。
【図５】図５は、図１に示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、半導体基板上に絶縁樹脂層が形成された状態を示す断面図である。
【図６】図６は、図１に示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、密着層及び給電層が形成された状態を示す断面図である。
【図７】図７は、図１に示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、金属配線層に対応するレジスト層が形成された状態を示す断面図である。
【図８】図８は、図１に示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、金属配線層が形成された状態を示す断面図である。
【図９】図９は、図１に示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、レジスト層が除去された状態を示す断面図である。
【図１０】図１０は、図１に示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、密着層及び給電層がエッチングされた状態を示す断面図である。
【図１１】図１１は、図１に示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、溝部に対応するレジスト層が形成された状態を示す断面図である。
【図１２】図１２は、図１に示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、金属端子がハーフエッチングされた状態を示す断面図である。
【図１３】図１３は、図１に示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、レジスト層が除去された状態を示す断面図である。
【図１４】図１４は、図１に示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、封止樹脂層を形成した状態を示す断面図である。
【図１５】図１５は、図１に示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、金属端子上にはんだバンプが形成された状態を示す断面図である。
【図１６】図１６は、従来の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１７】図１７は、図１６に示す半導体装置の金属端子を拡大して示す平面図である。
【図１８】図１８は、図１７に示す線分Ｂ−Ｂ’による断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…半導体装置  ２…半導体基板（基材）  ３…電極  ４…封止樹脂層（封止層）  ４ａ…開口部  ５…金属配線層（導電層）  ５ａ…金属配線（配線部）  ５ｂ…金属端子（端子部）  ６…封止樹脂層（封止層）  ６ａ…開口部  ７…はんだバンプ  ８…溝部（凹部）
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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