(57)【要約】【課題】はんだバンプで外部接続用電極を形成する半導体装置において、バンプサイズの大きい所謂ハイバンプでかつ、狭ピッチで設計されたウエハの研削加工において、はんだバンプの突き上げに起因するウエハとＢＧテープの接着面積を減らすことなく且つＢＧテープ種類にも依存することなく安定した研削加工を行い、さらなるバンプ狭ピッチ化が可能な半導体装置等を提供する。【解決手段】基板２の主面に外部接続用の回路電極３を有する半導体装置１において、回路電極３の中央部分には基板２内へと凹入する穴５が形成されており、穴５に充填された弾性体７と、弾性体７の表面に形成され且つ回路電極３と接続された電極用金属薄膜８と、電極用金属薄膜８の表面上に設けられたボール状電極９とを有する。【選択図】図１
2012164738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板主面に外部接続用の回路電極を有する半導体装置において、
前記回路電極の中央部分には前記基板内へと凹入する穴が形成されており、
前記穴に充填された弾性体と、
前記弾性体の表面に形成され且つ前記回路電極と接続された電極用金属薄膜と、
前記電極用金属薄膜の表面上に設けられたボール状電極とを有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記穴は、前記基板の内部から主面に近づくにつれて拡径する形状である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記穴はビア用であり、
前記穴の内面及び前記回路電極の表面にビア用金属薄膜が形成されていると共に、前記電極用金属薄膜は前記ビア用金属薄膜に接続され、
前記電極用金属薄膜は前記弾性体の表面中央部に相当する部位に裂け目を有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記基板がシリコンウエハまたはガリウム砒素ウエハで構成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項２において、
前記弾性体が前記ボール状電極よりも柔らかいシリコーン系樹脂またはウレタン系樹脂で構成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
基板の主面に外部接続用電極となる回路電極を形成する工程と、
前記回路電極の中央位置に前記基板内へと凹入する穴を形成する工程と、
前記穴内に弾性体材料を充填する工程と、
前記穴内に充填されている弾性体材料の表面に前記回路電極と接続する電極用金属薄膜を形成する工程と、
前記電極用金属薄膜の上にボール状電極を搭載する工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記穴は、前記基板の主面に近づくにつれて拡径する形状である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記穴はビア用であり、
前記穴を形成する工程と前記弾性体材料を充填する工程との間に、前記穴の内面及び前記回路電極の表面にビア用金属薄膜を形成する工程を有し、
前記電極用金属薄膜は前記ビア用金属薄膜を介して前記回路電極に接続され、
前記電極用金属薄膜であって前記弾性体材料の表面の中央部に相当する部位に裂け目を設ける工程を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項７において、
前記基板がシリコンウエハまたはＧａＡｓウエハで構成されている
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項７において、
前記穴に充填された弾性体材料が前記ボール状電極よりも柔らかいシリコーン系樹脂またはウレタン系樹脂である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
基板の主面に外部接続用電極となる回路電極を形成する工程と、
前記基板の内部から前記主面に近づくにつれて拡径する穴を前記回路電極の中央位置に形成する工程と、
前記穴内に弾性体材料を充填する工程と、
前記穴内に充填されている弾性体材料の表面に前記回路電極と接続する電極用金属薄膜を形成する工程と、
前記電極用金属薄膜の上にボール状電極を搭載する工程と、
前記基板の主面及び前記ボール状電極上に保護テープを貼る工程とを有する
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
研削板の主面に前記保護テープが向かい合うように載置し、前記基板の主面と反対面を機械的研削により前記基板を薄く加工する工程を有する
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記薄く加工する工程終了後に前記保護テープを剥がす工程を有する
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記テープを剥がす工程終了後にリフロー加熱処理により前記ボール状電極を溶融させる工程を有する
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記電極用金属薄膜と溶融後のボール状電極とが一体となっている
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の構造ならびに半導体装置および半導体素子の製造方法に関するもので、基板上の回路電極に突起電極を形成する技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、携帯電話を中心とする移動体通信分野において、通信用半導体素子の小型、薄型化の要望が一段と高まっている。その一方で、携帯電話の機能向上により通信用半導体素子を搭載するためのスペースは狭まっており、パッケージングされた半導体素子を基板に実装する構成に替えて、突起電極（以下、「はんだバンプ」や「バンプ」と呼称する。）付きの半導体素子（ベアチップ）を基板に直接実装する構成が増加している。
【０００３】
図１５に一般的なバンプ構造の半導体素子を示す。一般的なバンプ構造の半導体素子９００は、基板９０１上に形成された回路電極９０２上にアンダーバリアメタルと呼ばれる複数の金属薄膜９０３を形成し、その上に例えばＳｎ−Ａｇ系またはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだバンプ９０４を形成する。ユーザーは、半導体素子９００が実装される相手側の基板上のランドと、半導体素子９００のはんだバンプ９０４とをアライメント（位置合わせ）し、リフロー加熱等によりはんだバンプ９０４を溶融して、半導体素子９００を相手側の基板に実装する。
【０００４】
はんだバンプ９０４のサイズは、高さ、直径とも小さくなる傾向にある。これに伴いバンプピッチが狭くなると、実装される基板側のランドにはんだ印刷することが困難となる。そのため、基板のランド側にはんだ付け性を補助するフラックス等の薬液を塗り、半導体素子９００のはんだバンプだけで半導体素子９００を基板に実装することも増加してい
る。
【０００５】
なお、このような半導体素子９００は、通常、基板としてウエハを利用して、１枚のウエハから複数の半導体素子がダイシングされて個片化される。以下、製造方法を説明する場合には、基板をウエハとして説明し、ウエハの符号は基板と同じものを使用する。
【０００６】
大きなサイズのはんだバンプ（９０４）はハイバンプと呼ばれることが多いが、このようなハイバンプをウエハ９０１の表面に狭間隔で設計する場合、ウエハ９０１を機械的に研削するバックグラインド工程で問題が起こることが多い。
【０００７】
つまり、バックグラインド工程では、研削加工中にウエハ９０１が破損したり、研削に使われた水がウエハ９０１の表面に接触したり、研削で生じたウエハ９０１の破片が表面に接触する等の問題がある。
【０００８】
このため、ウエハ９０１の表面にバックグラインドテープ（以下、「ＢＧテープ」と呼称する。）を貼り付け、加工中に前記のような問題が起こらないようウエハ９０１を保護している。
【０００９】
はんだバンプの突起を粘着層で吸収するハイバンプ仕様のＢＧテープが複数のメーカーから市販されており、例えば縦横に形成されたはんだバンプのピッチが一定以上あればそのようなテープを使って研削加工（バックグラインド工程）を行なっていた。
【００１０】
なお、ハイバンプ用途の代表的なＢＧテープとして、Ｅ−８３１０ＬＳ３４２Ｆ（リンテック）、ＳＰ−５２３Ｔ−３３０ＳＰ（古河電工）、ＨＴ−２３０ＨＶ−ＵＣ１０−ＰＣ（三井化学）等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−５６５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、チップ（素子）のサイズ小型化の要望に応えるため、縦横のバンプのピッチが狭い半導体素子では、従来のＢＧテープの使用だけでは加工ができないという問題が顕在化している。
【００１３】
すなわち、ＢＧテープは、はんだバンプ９０４の突起をテープ内の粘着層が変形して包み込む構造をし、それによりはんだバンプ９０４の変形を防止すると共に、ウエハ表面保護の役割をする。その際、ＢＧテープには、はんだバンプ９０４の突起でＢＧテープの一部を押し上げる（ＢＧテープが復元しようとする）力が働く。はんだバンプ９０４とＢＧテープとの間に接着力はほとんどないため、はんだバンプ９０４の中心軸を中心としてＢＧテープとウエハ９０１とが接着していない空洞領域９０５が発生する（図１６の（ｂ）参照）。
【００１４】
はんだバンプ９０４の数が増加し且つバンプピッチが狭くなるほど、ウエハ９０１の表面の面積に占める前記空洞領域面積は広くなる。
図１６〜図１８は従来の半導体装置のＢＧ加工時の断面図であり、以下、これらの図を用いて説明する。
【００１５】
ウエハ（図１６の（ａ））９０１にＢＧテープ９０６を貼り付けた際、バンプピッチがより狭い場合、前記ＢＧテープ９０６とウエハ９０１とが接着している面積よりもはんだバンプ９０４で押されて浮いている空洞領域９０５の面積の方が大きくなり（図１６の（ｂ）、（ｃ））、機械的研削装置（バックグラインド装置）の研削板９０７の回転により空洞領域９０５の集中化と広域化が進み（図１７の（ａ））、研削加工中にＢＧテープ９０６がウエハ９０１から浮いてしまう（図１７の（ｂ））。
【００１６】
これに起因して、ｉ：ＢＧテープ９０６とウエハ９０１との間に研削水浸入が発生、ｉｉ：ＢＧテープ９０６がウエハ９０１から外れてウエハ９０１が破損する（図１７の（ｃ））という課題があった。
【００１７】
また、図１６の（ｂ）に示すようにＢＧテープ９０６の表面（研削板９０７側の面）も平らではなく、機械的研削装置の研削板９０７に取り付けた際、ＢＧテープ９０６の端９０６ａが浮いて研削水浸入を起し（図１８の（ａ））、ＢＧテープ９０６が機械的研削装置の研削板９０７から外れてウエハ９０１を破損する（図１８の（ｂ））という課題もある。
【００１８】
本発明は上記課題を解決するものであり、ハイバンプ仕様且つバンプピッチが狭い設計であっても、ＢＧテープの種類に依存しない、安定した研削加工が可能となる半導体装置ならびに半導体装置および半導体素子の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置は、基板主面に外部接続用の回路電極を有し、前記回路電極の中央部分には前記基板内へと凹入する穴が形成されており、
前記穴に充填された弾性体と、前記弾性体の表面に形成され且つ前記回路電極と接続された電極用金属薄膜と、前記電極用金属薄膜の表面上に設けられたボール状電極とを有する
ことを特徴としている。
【００２０】
また上記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板の主面に外部接続用電極となる回路電極を形成する工程と、前記回路電極の中央位置に前記基板内へと凹入する穴を形成する工程と、前記穴内に弾性体材料を充填する工程と、前記穴内に充填されている弾性体材料の表面に前記回路電極と接続する電極用金属薄膜を形成する工程と、前記電極用金属薄膜の上にボール状電極を搭載する工程とを有することを特徴としている。
【００２１】
また上記課題を解決するために、本発明に係る半導体素子の製造方法は、基板の主面に外部接続用電極となる回路電極を形成する工程と、前記基板の主面に近づくにつれて拡径する穴を前記回路電極の中央位置に形成する工程と、前記穴内に弾性体材料を充填する工程と、前記穴内に充填されている弾性体材料の表面に前記回路電極と接続する電極用金属薄膜を形成する工程と、前記電極用金属薄膜の上にボール状電極を搭載する工程と、前記基板の主面および前記ボール状電極上に保護テープを貼る工程とを有する半導体の製造方法を特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、基板表面にＢＧテープを貼ると、ボール状電極が基板に形成された穴内に沈み込む構造となり、基板表面からのボール状電極の突き出し量を減らすことができる。そのため、バンプサイズの大きい所謂ハイバンプにおいて、狭ピッチで設計された基板の研削加工の際、ボール状電極の突き上げに起因して、基板とＢＧテープとの接着面積を減らすことなく、安定した研削加工ができる。
【００２３】
また、本発明によれば、穴内部に充填する弾性体の材料を選ぶことで、基板表面にＢＧテープを貼った際のボール状電極の沈み込み量を調整することが可能である。ボール状電極よりも柔らかい弾性体の材料を選ぶことで、穴内にボール状電極が沈み込んだ際のボール状電極の変形も抑止される。これにより、ハイバンプ仕様且つ狭ピッチで設計された基板においても特殊なＢＧテープを必要としない、ＢＧテープ種類に依存しない、安定した研削加工が可能となる。
【００２４】
また、バックグラインド装置で研削加工して半導体装置を薄化する際に、ボール状電極が基板内に形成された穴内に沈み込む構造となり、基板表面からのボール状電極の突き出し量を減らすことができる。そのため、従来品で発生するはんだバンプの突き出しによるテープ内の空洞領域が発生し難くなり、ＢＧテープと基板との接着面積を減らすことが少なくなる。これにより、研削加工中にＢＧテープが基板から浮いたり、研削板からＢＧテープと一緒に基板が外れたり等の加工事故を防止することができる。
【００２５】
さらに、ハイバンプ仕様でかつバンプピッチが狭い設計であっても、半導体装置内部にボール状電極の突起の一部を吸収して、特殊なＢＧテープを必要としない、ＢＧテープの種類に依存しない、安定した研削加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置の構成を示す断面図
【図２】基板にＢＧテープ貼り付け直後の構成を示す断面図
【図３】バックグラインド装置を使って基板を薄化するときの状態を表す断面図
【図４】加工終了後に研削板から取り外した状態を表す断面図
【図５】加工終了後にＢＧテープを取り外した状態を表す断面図
【図６】バンプの成形後の半導体素子の構成を示す断面図
【図７】半導体装置（半導体素子）の製造方法の概略構成図
【図８】半導体装置（半導体素子）の製造方法の概略構成図
【図９】半導体装置（半導体素子）の製造方法の概略構成図
【図１０】半導体装置（半導体素子）の製造方法の概略構成図
【図１１】半導体装置（半導体素子）の製造方法の概略構成図
【図１２】半導体装置（半導体素子）の製造方法の概略構成図
【図１３】半導体装置（半導体素子）の製造方法の概略構成図
【図１４】電極用金属薄膜の裂け目を示す図
【図１５】従来の半導体装置の構成を示す断面図
【図１６】（ａ）は従来の半導体装置のＢＧ加工前の構成を示す断面図であり、（ｂ）は従来の半導体装置のＢＧテープ貼り付け直後の構成を示す断面図であり、（ｃ）は従来の半導体装置の研削台取り付け後の構成を示す断面図である。
【図１７】（ａ）は従来の半導体装置の研削加工中の構成を示す断面図であり、（ｂ）は従来の半導体装置の研削加工中の構成を示す断面図であり、（ｃ）は従来の半導体装置の研削加工中の構成を示す断面図である。
【図１８】（ａ）は従来の半導体装置の研削加工中の構成を示す断面図であり、（ｂ）は従来の半導体装置の研削加工中の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の半導体装置および半導体素子を示す実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
なお、本発明で使用している、材料、数値は好ましい例を例示しているだけであり、この形態に限定されることはない。また、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。また、他の実施の形態との組み合わせは、矛盾が生じない範囲で可能である。
【００２８】
また、半導体装置および半導体素子の製造方法を説明する際には、基板がウエハからなる場合は、基板をウエハとして説明し、ウエハの符合は基板と同じものを使用する。
１．構成
図１は本実施の形態１の半導体装置１の構成を示すものである。
【００２９】
ここでは、一例として２ＧＨｚのＷ−ＣＤＭＡ用アンテナスイッチ素子用を想定している。なお、言うまでもなく、アンテナスイッチ素子以外の半導体素子にも適用できる。
また、アンテナスイッチ素子のような半導体素子は基板に実装できる状態のものをいい、半導体素子の前段階である状態、すなわち、基板に実装できる状態になっていないものを便宜上半導体装置と呼称する。
【００３０】
図１のアンテナスイッチ素子用の半導体装置１の大きさは、例えば、縦０．６［ｍｍ］、横０．６［ｍｍ］であり、バンプ高さを含む総厚みは０．３０［ｍｍ］である。基板２は、例えばＧａＡｓウエハからなり、その表層にアンテナスイッチの回路パターン(図示せず)が形成してある。
【００３１】
半導体装置１は、基板２の主面の穴５を囲繞する状態で形成された外部接続用の回路電極３を有し、穴５に充填された弾性体７と、弾性体７の表面に形成され且つ回路電極３と接続された電極用金属薄膜８と、電極用金属薄膜８の表面上に設けられたボール状電極としてのはんだボール９とを有する。
【００３２】
基板２の厚みは例えば０．２［ｍｍ］であり、１素子あたり例えば全長１１０［μｍ］の回路電極３が基板２の周囲の各辺に沿って例えば２００［μｍ］ピッチで計８個形成されている。
【００３３】
回路電極３の材質は例えば金であり、この回路電極３の表面の縁（端）は例えばＳｉＮ等の薄い絶縁性の保護膜４で被覆されている。回路電極３の露出している長さは例えば１０４［μｍ］である。つまり、回路電極３の縁が絶縁性の保護膜４により被覆されている長さは３［μｍ］である。
【００３４】
回路電極３の中央部には、基板２の厚み方向に凹入する穴５が形成されている。穴５は例えば円錐台状をしている。円錐台状は、表層から底部（基板２の内部）に移るに従って孔径が小さくなる形状（先細り形状）をしている。
【００３５】
穴５は、例えば上部直径８０［μｍφ］、底部直径７０［μｍφ］、深さ１５０［μｍ］の大きさである。
回路電極３の表面であって穴５の周囲および穴５の内面（つまり、壁面および底面である。）にはビア用金属薄膜６が形成されている。なお、穴５とビア用金属薄膜６とで、所謂、有底ビア５ａが構成される。
【００３６】
このビア用金属薄膜６として要求される要件（特性・作用）は例えば以下のものがある。
Ｉ：回路電極３を構成する金属（ここでは、金である。）と高い密着性を持つこと
ＩＩ：接続抵抗が小さいこと
ＩＩＩ：回路電極３とはんだボール９とが接しないようバリアになること
ＩＶ：はんだに濡れること（はんだとの濡れ性が良いこと）
Ｖ：プローブで触針した回路電極３上にも形成できること
このため、ビア用金属薄膜６には複数の金属を組み合わせる多層構造を用いることが多い。本実施の形態では、例えばＴｉ（チタン）とＣｕ（銅）との２層の蒸着層を形成しており、穴５の形成後に蒸着で回路電極３と穴５の内面に２層構造のビア用金属薄膜６を形成する。ビア用金属薄膜６の厚さは例えばＴｉは０．２［μｍ］、Ｃｕは０．２［μｍ］である。なお、２層の蒸着層のうち、Ｃｕが表層である。
【００３７】
有底ビア５ａの内部には弾性体７が充填されている。弾性体７は、後述の緩衝材としての機能を有する。具体的には、後述のはんだボール９の弾性率よりも小さい弾性率を有し、例えば、シリコーン系樹脂やポリウレタン系樹脂が利用されている。なお、有底ビア５ａ内への樹脂充填は、有底ビア５ａの直径（開口径）が微小であることから、例えば真空印刷装置を使って行われる。
【００３８】
前記弾性体７は、弾性体７を平面視したとき（図１において上方から見たときであり、基板２の表面の法線方向から見たときである。）にその中央部に位置する部分の厚みが薄く、中央部の周辺に位置する部分が厚くなっている。つまり、弾性体７の表面は、その縦断面（図１に示す状態である。）において中央部が凹入するような、椀状をしている。
【００３９】
有底ビア５ａ内に充填された弾性体７の表面には電極用金属薄膜８が形成されている。電極用金属薄膜８は例えば蒸着技術により形成されている。電極用金属薄膜８は中央部が切れた形状をしている。つまり、電極用金属薄膜８は裂け目１４（図１４参照）を有している。
【００４０】
これは後述するはんだボール９が有底ビア５ａ内に押し込まれて弾性体７が変形した際にも電極用金属薄膜８が切れない（裂けない）ようにするためである。
電極用金属薄膜８もビア用金属薄膜６と同じように、複数の金属を組合せた多層構造をしている。電極用金属薄膜８は、回路電極３の上面に形成されたビア用金属薄膜６を被覆するように、ビア用金属薄膜６上にも形成されている。この場合、ビア用金属薄膜６と同じ材料（ＴｉとＣｕ）で構成すると、ビア用金属薄膜６と電極用金属薄膜８とが重なった部分では一体化された構造を有する。なお、一体化することにより金属薄膜の剛性が高まり、はんだボール９が有底ビア５ａ内に押し込まれる際の耐久性が向上する。
【００４１】
電極用金属薄膜８の上面にははんだボール９が設けられている。つまり、電極用金属薄膜６上にはんだボール９が載せられた構造を有する。はんだボール９は、例えばＳｎ３Ａｇ０．５Ｃｕの組成をしている。なお、はんだボール９は、略球状（ボール状）をし、その直径は例えば８０［μｍφ］である。なお、弾性体７の上面は椀状に凹入しているため、はんだボール９が安定して成形される。
【００４２】
次に、弾性体７の上記緩衝材としての機能について説明する。
弾性体７は、ウエハ２を機械的研磨で薄くするためウエハ２の表面にＢＧテープ（バックグラインドテープ）１０を貼った際（図２参照）、ＢＧテープ１０からの圧力ではんだボール９が有底ビア５ａ内に押し込まれるのを許容すると共に押し込まれた際の力を緩和するためのものである。
【００４３】
一般に、ＳｎＡｇＣｕ系のはんだの弾性率は３０［ＧＰａ］程度であり、シリコーン系樹脂やポリウレタン系樹脂の弾性率は数［ＭＰａ］から数十［ＭＰａ］と格段に低い。これによりはんだボール９が有底ビア５ａ内に押し込まれた際は、弾性体７自身は大きく変形して、はんだボール９を変形させずに圧力を逃がし、圧力が消失すると元の形に戻ってはんだボール９を元に位置に押し上げる役割を果たす。
【００４４】
また、電極用金属薄膜８の中央に形成された裂け目１４（図１４参照）は、上方から見た際（平面視において）、直線状の裂け目１４ａであってもよく、また円形にくり抜かれた形の裂け目１４ｂでもよい。
【００４５】
また、図面に示していないが、裂け目１４は、楕円形でも良いし、「＋」の字状であっても良い。つまり、はんだボール９が押し込まれた際に、電極用金属薄膜８が左右に広がることが重要であり、このような要件を満たせば裂け目１４の形状はどのような形であってもよい。
【００４６】
また、有底ビア５ａはウエハ２の主面（表面）に向けて徐々に穴径が広がるテーパ形状をしているため、よりスムーズにはんだボール９の押し込み、押し上げが可能となる。
２．加工工程について
図２〜図５は、図１の半導体装置を含んだウエハを、機械的研削装置を使って薄化するときの状態を表す図である。
【００４７】
なお、実際の製造（加工）工程では、ウエハ上に複数の半導体装置を形成し、ウエハ状態で、ウエハを薄化して半導体装置に個片化している。このため、複数の半導体装置１が形成されているウエハを利用した半導体装置１の製造方法と、１つの半導体装置１の製造方法とは同じ方法であるとして説明する。つまり、ウエハ状の複数の半導体装置は、１つの半導体装置と同じものとみなし、半導体装置の符号を用いて説明している。
【００４８】
ウエハ２におけるはんだボール９が形成される側の面にＢＧテープ１０を貼ると、図２に示すように、ＢＧテープ１０の圧力によりはんだボール９がウエハ２の下面方向に（裏面側へと）押される。この際、回路電極３の中央部にははんだボール９に合わせたサイズの有底ビア５ａが形成されており、はんだボール９はＢＧテープ１０に押されて有底ビア５ａ内に押し込まれてゆく。
【００４９】
有底ビア５ａの内部には、はんだボール９の弾性率よりも低い弾性率の弾性体７が充填されている。具体的に説明すると、例えばはんだボール９の弾性率の千分の一から数千分の一の弾性率を持つシリコーン系樹脂やポリウレタン系樹脂が充填されている。
【００５０】
これにより、はんだボール９は、ＢＧテープ１０に押される力と、有底ビア５ａ内に充填された低弾性率樹脂である弾性体７による反発力とがバランスした位置まで沈み込む。
はんだボール９よりも弾性体７の弾性率の方が格段に小さいため、はんだボール９が有底ビア５ａ内に押し込まれる際にも、はんだボール９の変形は起こらない。また前述したように、電極用金属薄膜８は中央が切れた形状をしており、はんだボール９が有底ビア５ａ内に押し込まれて、弾性体７が変形した際にも電極用金属薄膜８が切れたり裂けたりしないようになっている。
【００５１】
図３は、図２のウエハ２をバックグラインド装置の研削板１１に取り付けた状態を示す。
研削板１１への取り付けは、ＢＧテープ１０を表面（はんだボール９側である。）に貼ったウエハ２を、ＢＧテープ１０の面を下向き（ＢＧテープ１０と研削板１１とが対向する状態である。）にして研削板１１の上に置き、研削板１１からＢＧテープ１０を真空引きして固定する。
【００５２】
ＢＧテープ１０をウエハ２の表面に貼った際、はんだボール９は有底ビア５ａ内に押し込まれており、ＢＧテープ１０には、従来のような、はんだバンプのような突起物により生じる空洞領域（図１６の（ｂ）参照）ができないように（またはでき難く）なっている。
【００５３】
これにより、研削のために研削板１１が回転しても、ＢＧテープ１０におけるはんだボール９の周辺部分に空洞領域が発生し難くなり、研削加工中にＢＧテープ１０がウエハ２から浮くようなことを防止できる。
【００５４】
また、ＢＧテープ１０にははんだボール９による空洞領域が発生しないため、ＢＧテープ１０は平らな状態で研削板１１に吸着されることとなる。これにより、ＢＧテープ１０の端からの水の浸入を防ぐことができ、結果としてウエハ２が研削板１１から外れるのを防止できる。
【００５５】
このように、はんだボール９が有底ビア５ａ内に押し込まれ、はんだボールにおけるウエハ２表面の回路電極３からの飛び出し量が減少するため、特殊なテープを使わなくても加工できるようになり、歩留まり向上とともに加工費用の低減を図ることができる。
【００５６】
なお、図１５のような従来のバンプ９０４を利用した場合は、バンプ高さが高く且つバンプピッチが狭くなってくると、バンプ９０４がＢＧテープ９０６に埋まる際にバンプ９０４を中心とする領域に空洞領域９０５が発生する（図１６の（ｂ）の例）。そして、研磨には例えば６００番から２５００番の砥石が使われる。このような加工条件下では、バンプ高さが例えば７０［μｍ］を超えるハイバンプが狭ピッチで配置されている場合、ハイバンプを吸収する特殊なＢＧテープ９０６が使われ、加工費用が高かった。
【００５７】
ここでのハイバンプとは例えば、高さ５０［μｍ］以上、直径１００［μｍ］以上のバンプを指す。なお、バンプの高さとは、はんだボール９の高さではなく、回路電極３の表面からバンプ頂上までの高さである。
図４は加工終了後に研削板から取り外した状態を示す図であり、図５は、加工終了後にＢＧテープ１０を取り外した状態を示す図である。
【００５８】
図４に示すように、加工を終了し、ウエハ２２を研削板１１から取り外した状態でも、ＢＧテープ１０におけるはんだボール９の周辺部分に空洞領域が発生しておらず、加工中に空洞等が発生しなかったことが分かる。なお、図４では、薄化後の半導体装置の符号を「２１」とし、ウエハの符号を「２２」としている。
【００５９】
図５に示すように、加工終了後ＢＧテープ１０を取り外すことで、はんだボール９を有底ビア５ａ内に押さえる力が消失し、有底ビア５ａ内の弾性体７が元の形に戻り、はんだボール９を加工前の元の位置に押し上げる。
【００６０】
有底ビア５ａの内部の弾性体７である低弾性率の樹脂表面には例えばＴｉ／Ｃｕの２層からなる電極用金属薄膜８が形成されているが、前述したように電極用金属薄膜８の中央には裂け目１４が形成されていて、その上に載るはんだボール９と有底ビア５ａ内の弾性体７が裂け目１４を介して一部で接触している。そして、弾性体７として低弾性率の樹脂を利用した場合、その表面はある程度の粘着性を持っているため、ＢＧテープ１０を剥がす際、ＢＧテープ１０と一緒にはんだボール９が剥がれることを抑止することができる。
３．バンプの成形方法
図６は、バンプの成形後の半導体素子を示す。
【００６１】
研削加工後にＢＧテープ１０を取り外した（図５の状態である。）後、リフロー加熱等によりはんだボール９を溶融させて、ウエハ２２の表面の回路電極３を被覆するビア用金属薄膜６と、有底ビア５ａの内部に充填された弾性体７の表面に形成された電極用金属薄膜８と、溶融後のはんだ２３とが一体に接合し、外部接続用の突起電極２４を形成する。回路電極３上から有底ビア５ａ上に亘る広範囲の金属薄膜６，８と、突起電極２４のはんだ２３とが電気的に接続されるため、プローバーによる電気的検査が可能で、低抵抗の安定した突起電極２４になる。これにより、相手側の基板に実装可能な半導体素子２５が完成する。
【００６２】
なお、図６の突起電極１１は、直径は例えば１０４［μｍ］、バンプ高さは例えば５０［μｍ］である。
４．半導体装置および半導体素子の製造方法
図７〜図１３は半導体装置（半導体素子）の製造方法の概略構成図である。
【００６３】
図７の半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」といい、個片化した際の基板２となる。）３２の主面（表面）３２ａには外部接続電極用の回路電極３となる金属製の電極膜３３が形成されている。ウエハ３１は例えばＧａＡｓウエハで、電極膜３３には例えば金が使われている。
【００６４】
電極膜３３の中央部３３ａは露出し、その周辺部である縁部３３ｂは保護膜４となる絶縁性の膜３４で被覆されている。膜３４には例えばＳｉＮ等が使われる。
電極膜３３のサイズは例えば１１０［μｍ］で、中央部３３ａの１０４［μｍ］が露出した領域となる。
【００６５】
図８のように、電極膜３３の中央部３３ｃおよびウエハ３２にウエハ３２の内部へと凹入する有底ビア５ａとなる有底の穴３５を形成する。穴３５は、ウエハ３２の裏面（貫通はしていない）に進むに従って穴径が小さくなる円錐台状をしている。この穴３５の大きさは例えば上部直径８０［μｍφ］、底部直径７０［μｍφ］、深さ１５０［μｍ］である。なお、穴３５の成形により残った電極膜３３は半導体装置１および半導体素子２５の回路電極３となる。
【００６６】
穴３５の加工は例えばドライエッチングで行われる。形状を円錐台としたのは、穴３５の内部（つまり穴３５を形成している壁面（側面および底面）である。）に、後述のビア用金属薄膜６になるビア用金属膜３６を形成する際の出来映えおよび弾性体７となる樹脂３７を充填する際の作業性を考慮したものである（図９および図１０である。）。
【００６７】
次に、図８の穴３５の壁面および電極膜３３における表に露出している領域（膜３４により被覆されていない領域である。）上にビア用金属膜３６を形成する。このビア用金属膜３６を形成した状態が図９である。ビア用金属膜３６は例えばＴｉ／Ｃｕの２層からなり、蒸着により形成されている。Ｔｉ／Ｃｕのそれぞれの層は例えば０．２［μｍ］／０．２［μｍ］の厚みを持つ。
【００６８】
そして、図９の穴３５の内部に弾性体７用の低弾性率の樹脂３７を充填する。この樹脂３７を充填した状態が図１０である。弾性体７、つまり、低弾性率の樹脂３７としては、はんだボール９の弾性率よりも小さい弾性率のシリコーン系樹脂やポリウレタン系樹脂が使われる。
【００６９】
これは、ウエハ３２の表面にＢＧテープ１０を貼り付けた際に、はんだボール９が有底ビア５ａ内に押し込まれたときに、この弾性体７は緩衝材の役割をするものであり、はんだボール９を変形させずに弾性体７自身が変形することで圧力を逃がすためである。
【００７０】
はんだボール９は例えばＳｎ３Ａｇ０．５Ｃｕで構成され、その弾性率は３０［ＧＰａ］程度であり、弾性体７は例えばシリコーン系樹脂やポリウレタン系樹脂で構成され、その弾性率は数［ＭＰａ］から数十［ＭＰａ］であり、はんだに比べて弾性率が格段に低い。なお、樹脂３７は穴３５の外周部に相当する部分（つまり、穴３５を形成する側壁に近い部分である。）が厚く、穴３５の中央部に相当する部分が薄くなっている。
【００７１】
樹脂３７の充填が完了すると、図１０の穴３５の開口部周辺および樹脂３７の表面、つまり、ビア用金属膜３６における表に露出している面と樹脂３７の表面に電極用金属薄膜８となる電極用金属膜３８を形成したものである。この電極用金属膜３８を形成した状態が図１１である。
【００７２】
電極用金属膜３８は蒸着で形成され、ビア用金属膜３６と同様、Ｔｉ（チタン）とＣｕ（銅）の２層構造で、厚さは例えばＴｉは０．２［μｍ］、Ｃｕは例えば０．２［μｍ］である。前述したように電極用金属膜３８の中央部に裂け目３８ａを有していて、その上にはんだボール３９を載せた場合、はんだボール３９と穴３５内の樹脂３７とが裂け目３８ａを介して一部で接触する。
【００７３】
また、電極用金属膜３８とビア用金属膜３６とは、電極膜３３上を被覆するビア用金属膜３６の領域で一体となり、電気的に接続される。
そして、図１１の穴３５の内部の電極用金属膜３８の上にはんだボール３９を搭載する。図１２は、はんだボール３９を搭載した状態の図である。前述のように、電極用金属膜３８の中央部に存する裂け目３８ａから穴３５内の樹脂３７の一部が露出しており、はんだボール３９と樹脂３７の一部とが接触している。樹脂３７を構成する低弾性率樹脂は粘着性を有するため、はんだボール３９は穴３５から脱落することはない。
【００７４】
上記により、半導体装置１を多数有するウエハ３２が完成する。
その後、ウエハ３２のはんだボール３９側の面にＢＧテープ１０を貼り付け（図２参照）、バックグラインド装置を使ってウエハ３２を研削して薄化する。ＢＧテープ１０を貼り付けると、はんだボール３９は穴３５の内部へと押し込まれた状態となり、電極膜３３の表面からのはんだボール３９の飛び出し量は小さくなる。
【００７５】
研削前のウエハ３２の厚みは例えば７２５［μｍ］、研削後の厚みは例えば２００［μｍ］である。バックグラインド工法は前記図２〜図５で説明したとおりである。
バックグラインド装置でウエハ３２を研削後、ＢＧテープ１０を剥がすと、穴３５の内部へと押し込まれていたはんだボール３９が穴３５内の樹脂３７の復元力で押し上げられ元の状態（ＢＧテープ１０が貼り付けられる前の状態である。）に戻る。
【００７６】
最後に、図１２に示すウエハ３２が研削加工により薄化された後、リフロー加熱等によりはんだボール３９を溶融して突起電極２４となる電極４１を形成する。図１３は、リフロ加熱後の状態を示す図である。なお、薄化によりウエハ３２は、ウエハ４０となっている。
【００７７】
はんだボール３９の溶融により、ウエハ４０の表面の電極膜３３を被覆するビア用金属膜３６と、穴３５の内部に充填された樹脂３７の表面（上面）に形成された電極用金属膜３８とが、溶融したはんだ４２により一体となり、突起電極４１を形成する。
【００７８】
このように、バックグラインド加工後にリフロー等の加熱処理によりはんだボール３９が溶融することで、回路電極（３）と強固な結合が行われ、ハイバンプが狭ピッチで設計された半導体素子の安定した生産を可能とする。
【００７９】
最後に複数の半導体素子が形成されているウエハ４０をダイシングして、図６に示す半導体素子２５が完成する。
なお、図１３は、ウエハ状態からの半導体素子２５を製造した場合の説明の図であり、図１３における符号は、図７〜図１２までの各構成の符号に合わせている。
＜変形例＞
以上、具体例を参照しながら本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明は上記各実施の形態の具体例に限定されるものではない。
１．構造
本発明に係る半導体装置および半導体素子は、薄板の単層構造の基板の主面に外部接続用の回路電極を有し、回路電極の中央部分には基板内へと凹入する穴が形成されており、穴内に充填された弾性体と、弾性体の表面に形成され且つ回路電極と接続された金属薄膜と、金属薄膜の表面上に、回路電極面からボール状の電極の一部が突出する構造を有するものであれば良く、また、これらの半導体装置または半導体装置および半導体素子の製造方法についても同様に本発明の範囲に属する。
２．穴
実施の形態では、弾性体が充填される穴は底を有していたが、底を有しない穴、つまり、基板を貫通する孔であっても良い（この場合、貫通ビア用であっても良いし、そうでなくても良い。）。但し、弾性体の充填や生産性等を考慮すると、底のある穴を利用する方が好ましい。
【００８０】
実施の形態の穴は有底ビア用であったが、電気的接続等の機能を有していない穴であっても良く、その形状も、ボール状電極が穴内に押し込まれれば良く、特に限定するものでないが、基板の内部から主面に近づくにつれて拡径する形状の方が、よりスムーズにボール状電極の穴への押し込み、押し上げが可能となる。
【００８１】
穴の平面視形状については、円形状であったが、ボール状電極が穴内に押し込まれるのを許容する形状あれば、特に限定するものではない。
３．ボール状電極
実施の形態では、ボール状電極として、はんだボールを使用している。はんだボールは、野球のボールのように球状をしているが、例えば、ラグビーボールのような楕円球状をしていても良い。つまり、ボール状電極は、回路電極面から突出するような形態をしていれば良いが、生産性等を考慮すると、ボール状をしている方が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の半導体装置および半導体素子の製造方法は、所謂ハイバンプ仕様のはんだバンプが、狭ピッチで設計されたウエハの研削加工において、はんだバンプの突き上げに起因するウエハとＢＧテープの接着面積を減らすことなく且つＢＧテープ種類にも依存することなく安定した研削加工ができるので、さらなるバンプ狭ピッチ化の半導体装置のバンプ構造に有用な技術である。
【符号の説明】
【００８３】
１  半導体装置（研削前）
２  基板
３  回路電極
４  絶縁性保護膜
５  穴
５ａ  有底ビア
６  ビア用金属薄膜
７  弾性体
８  電極用金属薄膜
９  はんだボール（はんだバンプ）
１０  バックグラインドテープ（ＢＧテープ）
１１  バックグラインド装置の研削板
２１  半導体装置（研削後）
２５  半導体素子
【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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