(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、その表面に形成した再配線用絶縁樹脂層と、前記再配線用絶縁樹脂層上に形成した再配線回路と、これらの再配線用絶縁樹脂層および再配線回路を形成した半導体素子表面を覆うように形成したソルダーレジスト層と、外部端子用の半田ボールとを含んでなる半導体装置であって、ソルダーレジスト層が露光により、パターン形成が可能な感光性フラックスから形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
ソルダーレジスト層が、半田ボール接合部を、補強して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３】
感光性フラックスが、少なくとも１つ以上のアクリロイル基又はメタクリロイル基を有するフェノールノボラック樹脂（Ａ）、その硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）、及び光重合開始剤（Ｃ）とを必須成分とすることを特徴とする請求項１又は２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、チップサイズパッケージ構造を有した半導体装置に関し、さらには、安価で高実装信頼性を有する半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高機能化並びに軽薄短小化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化と高密度実装化が進んでいる。これらの電子機器に使用される半導体パッケージは、小型化かつ多ピン化している。
【０００３】
半導体パッケージは、その小型化かつ多ピン化に伴って、従来のようなリードフレームを使用した形態のパッケージでは、入出力端子をパッケージ周辺に１列配置するため、小型化かつ多ピン化を同時に実現するには、端子ピッチを縮小する必要があり、小型化と多ピン化に限界がある。
【０００４】
最近では、半導体搭載用基板上に半導体素子を実装したものとして、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）といったエリア実装型の新しいパッケージ方式が、各社から提案されている。これらの半導体パッケージでは、半導体素子の電極をエリア型に再配列して、実装基板の配線端子とピッチを合わせるために、インターポーザと呼ばれる半導体搭載用基板上に、半導体素子を搭載する構造が主流となっている。インターポーザには、フレキシブルプリント基板や、ガラスエポキシ樹脂積層板が用いられる。
【０００５】
最近では、さらなる小型化のため、このＣＳＰを半導体チップサイズにまで小型化するＲＣＳＰ（Ｒｅａｌ  Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）が提案されている。
【０００６】
これらのＲＣＳＰの製造方法としては、ウエハー状態でパッケージングを行い、ダイシングにより半導体素子単位に個片化することにより、半導体装置を製造する方法が知られている。
具体例として、半導体ウエハー表面に形成した絶縁層上に半導体素子のＡｌパッドから再配線を行い、銅メッキによるポスト形成、樹脂封止後、最後に半田ボールを搭載後、個片化したもの（電気材料１９９９年９月号Ｐ２２−２６）が提案されている。
【０００７】
上記構造では、１００μｍ程度の高さの銅ポストを形成することにより実装信頼性を発現させているが、前記銅ポストは電解メッキ法により形成するため、スループットが低く、コストアップ要因となっている。また、銅ポスト形成は、ウエハー状態で行うため、ウエハー１枚当たりの半導体素子取数を増やすため、大口径ウエハーを使用する場合は、メッキ装置および樹脂封止金型の更新が必要であり、多額の設備投資が必要となり、コストアップ要因となる。
【０００８】
また、半導体ウエハー表面に形成した第１の絶縁層上に半導体素子のＡｌパッドから再配線を行い、前記絶縁層と再配線層を被覆し、かつ、外部接続用の半田ボール搭載部を露出させるように第２の絶縁層を形成した構造（SemiconductorInternationalOct.2000P.119〜128）が提案されているが、この構造では、実装基板と半導体素子の熱膨張差による応力が半田ボールに印可されるため、実装信頼性が懸念される。
【０００９】
そこで、半田ボール接続部の信頼性を得るために、実装基板と半導体素子の間隙に、アンダーフィルと呼ばれる絶縁樹脂を充填し、半田ボール接続部を補強、封止する方式が用いられているが、これには、アンダーフィルを充填し、硬化する工程が必要となるため、製造コストが高くなる問題がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＲＣＳＰの構造における、上記のような現状の問題に鑑み、銅ポストの形成やアンダーフィルの充填が必要なく、安価で高実装信頼性を有するリアルチップサイズの半導体装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明は、半導体素子と、その表面に形成した再配線用絶縁樹脂層と、前記再配線用絶縁樹脂層上に形成した再配線回路と、これらの再配線用絶縁樹脂層および再配線回路を形成した半導体素子表面を覆うように形成したソルダーレジスト層と、外部端子用の半田ボールとを含んでなる半導体装置であって、ソルダーレジスト層が露光により、パターン形成が可能な感光性フラックスから形成されていることを特徴とする半導体装置であり、さらに好ましくはソルダーレジスト層が、半田ボール接合部を、補強してなることを特徴とする半導体装置である。
【００１２】
また、感光性フラックスが好ましくは、少なくとも１つ以上のアクリロイル基又はメタクリロイル基を有するフェノールノボラック樹脂（Ａ）、その硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）、及び光重合開始剤（Ｃ）とを必須成分とすることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を用いて本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれによって何ら限定されるものではない。
図１は、本発明の実施形態である半導体装置の一例を説明するための断面図である。図1において、１はリアルチップサイズパッケージであり、２は半導体チップであり、３は再配線用絶縁樹脂層、４は再配線回路、５はソルダーレジスト層、６は半田ボールであり、半田ボールの接合部周辺をソルダーレジスト層を形成する感光性フラックスにより補強する構造となっている。
【００１４】
本発明の半導体装置の製造方法の例について、図２を参照して説明する。まず、図２ａに示すように、半導体ウエハー２１上に再配線用絶縁樹脂層２２を形成する。再配線用絶縁樹脂層には、耐熱性及び信頼性の観点から、ポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサイド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂などが用いられる。さらに、半導体ウエハー全面に給電層をスパッタ等の方法にて形成後、給電層の上にレジスト層を形成し、所定のパターンに露光、現像後、電解銅メッキにて再配線回路２３を形成した後、レジスト層を剥離し、給電層をエッチングして、図２ｂに示すように再配線回路２３を形成する。
【００１５】
次に、感光性フラックスを用いて、スピンコート法、印刷法等により、全面に塗布形成後、再配線回路２３おいて、外部端子となる半田ボールを配置する部分以外を露光するため、フォトマスクを用いて露光し、図２ｃに示すように半田ボール配置部が未露光（未露光部２５）のソルダーレジスト層２４を形成する。
【００１６】
前記露光部は、再配線回路２３の保護用レジスト層として作用する部分であり、露光によりレジスト層の半田接合時の流動性を低下させることにより、均一なレジスト層の形成とその維持、半田ボール凝集を抑制する。また、未露光部２５は、半田接合に必要な流動性を維持した状態であり、さらに、半田ボールを配置したときに適度な保持能力を発揮するため、室温で粘着性があるほうが好ましい。
【００１７】
ここで用いる感光性フラックスとして好ましくは、少なくとも１つ以上のアクリロイル基又はメタクリロイル基を有するフェノールノボラック樹脂（Ａ）、その硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）、及び光重合開始剤（Ｃ）とを必須成分とするものが挙げられる。本発明に用いられる少なくとも１つ以上のアクリロイル基又はメタクリロイル基を有するフェノールノボラック樹脂（Ａ）のフェノール性水酸基は、その還元作用により、半田および金属表面の酸化物などの汚れを除去し、半田接合のフラックスとして作用する。
【００１８】
本発明に用いる感光性フラックスにおいて、少なくとも１つ以上のアクリロイル基又はメタクリロイル基を有するフェノールノボラック樹脂（Ａ）の配合量は、３０〜７０重量％が好ましい。３０重量％未満であると、半田および金属表面の酸化物などの汚れを除去する作用が低下し、半田接合性を阻害する恐れがある。７０重量％を越えると、充分な硬化物が得られず、信頼性が低下する恐れがある。
【００１９】
少なくとも１つ以上のアクリロイル基又はメタクリロイル基を有するフェノールノボラック樹脂（Ａ）の硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）としては、エポキシ樹脂やイソシアネート樹脂などが用いられる。具体的にはいずれも、ビスフェノール系、フェノールノボラック系、ビフェノール系などのフェノールベースのものや、脂肪族、環状脂肪族や不飽和脂肪族などの骨格をベースとした変性エポキシ化合物やイソシアネート化合物が挙げられる。
【００２０】
本発明に用いる感光性フラックスにおいて、硬化剤として作用する化合物（Ｂ）の配合量は、少なくとも１つ以上のアクリロイル基又はメタクリロイル基を有するフェノールノボラック樹脂（Ａ）に対して硬化剤として作用する一般的な量を用いるが、エポキシ樹脂やイソシアネート樹脂を用いる場合、エポキシ基当量またはイソシアネート基当量が、少なくとも１つ以上のアクリロイル基又はメタクリロイル基を有するフェノールノボラック樹脂（Ａ）のＯＨ基当量の０．５倍以上、１．５倍以下が好ましい。
【００２１】
本発明に用いられる光重合開始剤（Ｃ）としては、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸などのベンゾフェノン類、ベンゾイン、ベンゾインエチルエーテルなどのベンゾインアルキルエーテル類、エチルアントラキノン、ブチルアントラキノンなどのアルキルアントラキノン類などを挙げることができる。この光重合開始剤の添加量は、感光性フラックスの０．１〜１０重量％の範囲で用いられる。
【００２２】
その他、本発明に用いる感光性フラックスは必要に応じて、露光感度を上げるために感光性モノマー、保存安定性のために紫外線防止剤や熱重合防止剤、作業性向上のために可塑剤や硬化促進剤などが添加できる。
【００２３】
次に、ソルダーレジスト層２４の未露光部２５に、半田ボール２６を配置し、リフローすることにより、図２ｄに示すように半田ボール２６の半田接合部が感光性フラックスによりリング状に補強された構造を得る。このとき、ソルダーレジスト層の未露光部２５（感光性フラックス）が、半田接合のフラックスとして作用すると共に、溶融した半田が再配線回路２３に濡れるため、半田接合部周辺にリング状の補強構造を形成する。
【００２４】
この半田接合部周辺のリング状補強構造は、ソールダーレジスト層２４の未露光部２５の体積により決定されるため、前記フォトマスクの遮光部のサイズを制御することにより、簡単に制御することが可能であり、また、フォトマスクの遮光部のサイズは、ウエハー全面に渡って均一であり、均一な補強構造を形成することができる。リング状補強構造の高さは、用いられる半田ボール径の１０〜５０％の範囲が好ましく、１０％未満のときは、充分な補強硬化が得られないため、実装信頼性を向上できないことがある。また、５０％以上の場合は、感光性フラックスが半田ボール上部まで被覆する恐れがあり、この時、基板への実装ができない。
【００２５】
最後に、前記感光性フラックスを硬化させ、ダイシング等の方法により、ウエハーを所定のサイズに個片化することにより、リアルチップサイズの半導体パッケージを得ることができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の手段を用いた例を示すが、なんらこれらに限定されない。
【００２７】
実施例
フェノールノボラック（大日本インキ化学工業（株）製、フェノライトＴＤ−２０９０−６０Ｍ）の不揮発分７０％ＭＥＫ溶液６００ｇ（ＯＨ基約４当量）を２ｌのフラスコ中に投入し、これにトリブチルアミン１ｇ、およびハイドロキノン０．２ｇを添加し、１１０℃に加温した。その中へ、グリシジルメタクリレート２８４ｇ（２モル）を３０分間で滴下した後、１１０℃で５時間攪拌反応させることにより、不揮発分約８０％メタクリロイル基含有フェノールノボラック（メタクリロイル基変性率５０％）ａを得た。
上記メタクリロイル基含有フェノールノボラックａ（メタクリロイル基変性率５０％，ＯＨ当量３５０）を１００ｇ、ビスフェノールＦ型エポキシ（日本化薬(株)製、ＲＥ−４０４Ｓ、エポキシ当量１６５）５０ｇと、光重合開始剤としてベンジルジメチルケタール（チバ・ガイギー社製、イルガキュア６５１）３ｇを、シクロヘキサノン６０ｇに溶解し、硬化触媒として２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール０．２ｇを添加し、ネガ型感光性フラックスを作成した。
【００２８】
半導体ウエハーに、ポジ型感光性コート剤（住友ベークライト製、ＣＲＣ−８３００）を用いて、厚さ１０μｍの再配線用絶縁樹脂層を形成した。さらに、再配線用絶縁樹脂層上全面に銅スパッタ後、メッキマスクを用いて、銅メッキを施し、ランド径３００μｍ、ランドピッチ０．５ｍｍのデージチェーン評価用回路を形成した。
【００２９】
前記評価用回路形成済みウエハー上に、実施例１で得られたネガ型感光性フラックスを塗布し、８０℃で１０分乾燥して、厚さ２０μｍのソルダーレジスト層を形成後、評価用回路のランドに相当する位置に２５０μｍの遮光部を有するフォトマスクを用いて、５００ｍＪ/ｃｍ2の条件で露光し、上記ソルダーレジスト層の未露光部に３５０μｍ径の半田ボール（共晶半田、千住金属鉱業（株）製）を搭載した後、ピーク温度を２４０℃に設定したリフロー炉を通して、半田ボールを接合した。その後、１５０℃で６０分熱処理して、感光性フラックスを硬化、１０ｍｍ□に個片化して、評価用半導体パッケージを作成した。
【００３０】
比較例
一方、前記評価用回路形成済みウエハー上に、市販のソルダーレジスト（太陽インキ（株）製）を用いて、同様に、厚さ２０μｍのソルダーレジスト層を形成後、市販のフラックス（ＭＳＰ５１１、九州松下電器（株）製）をランド部に塗布、半田ボールを搭載して、ピーク温度を２４０℃に設定したリフロー炉を通して、半田ボールを接合した。その後、フラックスを洗浄処理して、１０ｍｍ□に個片化し、比較評価用半導体パッケージを作成した。
【００３１】
温度サイクル試験用プリント配線板に、市販のフラックスを塗布し、前記実施例および比較例の評価用半導体パッケージを搭載し、ピーク温度を２４０℃に設定したリフロー炉を通して、半田ボールを接合した。
これら、評価用半導体パッケージおよび試験用プリント板は、半田ボール接合部が直列につながるように回路設計を行っている。
【００３２】
次に、得られた評価サンプルを初期導通確認後、−２５℃で１０分、１２５℃で１０分を１サイクルとする温度サイクル試験をサンプル数をそれぞれ２０個として、実施した。１０００サイクル実施後の導通不良率は、市販フラックスが１００％であるのに対し、感光性フラックスを用いたサンプルは、不良率が０％であった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の半導体装置は、再配線用絶縁樹脂層および再配線回路を形成した半導体素子表面を覆うように形成したソルダーレジスト層が、露光によりパターン形成が可能な感光性フラックスであり、さらに、半田ボール接合部がこの感光性フラックスに補強されることにより、銅ポストの形成やアンダーフィルを行うことなく、実装信頼性の高い低コストの半導体装置である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法の例を説明する順次図である。
【符号の説明】
１  ：リアルチップサイズパッケージパッケージ
２  ：半導体チップ
３、２２  ：再配線用絶縁樹脂層
４、２３  ：再配線回路
５、２４  ：ソルダーレジスト層
６、２６  ：半田ボール
２１  ：半導体ウエハー
２５  ：未露光部
【図１】
0003879973.tif 000002
【図２】
0003879973.tif 000003