(57)【要約】【課題】特別な構造を必要とせず、基板実装後の信頼性を向上させた半導体装置を提供する。【解決手段】本発明に係る半導体装置１は、少なくとも一面に電極３を備えた基板２と、前記基板の一面に配された配線層５と、前記配線層と電気的に接続されたはんだバンプ９と、を備えた半導体装置であって、前記基板上の前記はんだバンプが配される部位にパッド６が配されており、該パッドは、前記配線層と電気的に接続された金属製のリング部７、及び、該リング部の内側に離間して配された少なくとも一つ以上の金属製の突起部８を有することを特徴とする。【選択図】図１
2009135345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一面に電極を備えた基板と、前記基板の一面に配された配線層と、前記配線層と電気的に接続されたはんだバンプと、を備えた半導体装置であって、
前記基板上の前記はんだバンプが配される部位にパッドが配されており、該パッドは、前記配線層と電気的に接続された金属製のリング部、及び、該リング部の内側に離間して配された少なくとも一つ以上の金属製の突起部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記リング部と前記突起部とが、同一金属からな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】
少なくとも一面に電極を備えた基板と、前記基板の一面に配された配線層と、前記配線層と電気的に接続されたはんだバンプとを備え、
前記基板上の前記はんだバンプが配される部位にパッドが配されており、該パッドは、前記配線層と電気的に接続された金属製のリング部、及び、該リング部の内側に離間して配された少なくとも一つ以上の金属製の突起部を有する半導体装置の製造方法において、
前記リング部と前記突起部とを同時に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、配線基板（インタポーザ）を使用しないウエハレベルＣＳＰ（Chip Size/Scale Package）等の半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体パッケージ、例えば、シリコンチップを樹脂により封止した、いわゆるデュアル・インライン・パッケージ（Dual Inline Package） やクァド・フラット・パッケージ（Quad Flat Package） では、樹脂パッケージの側面部や周辺部に金属リードを配置した周辺端子配置型が主流である。
【０００３】
これに対し、ＣＳＰ（チップスケールパッケージ）、特に「ウエハレベルＣＳＰ」（以下、ＷＬＣＳＰという場合がある）と呼ばれる半導体パッケージでは、ウエハ上に、絶縁樹脂層、配線層、封止層などを形成し、さらにはんだバンプを形成した後、ダイシングにより複数のチップを得る。
【０００４】
ＷＬＣＳＰでは、前記チップがそのままのサイズでパッケージの施された半導体チップとなるため、その占有面積を狭くすることができ、高密度実装が可能である。ＷＬＣＳＰは、半導体チップに形成されたはんだバンプを用いて外部の回路基板に実装される。
一般的に、半導体パッケージとプリント基板等との熱膨張率は相違しているので、熱膨張率の相違に基づく応力が半導体パッケージの端子に集中する。この応力が原因ではんだバンプにクラックが発生、伸展し、破断に到るため問題となっている。
【０００５】
一方、「ポスト」と呼ばれる導電性の柱状部材を設け、この柱状部材の端面に端子部を形成した構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この時、柱状の樹脂ポストを持つＣＳＰにおいて、ポストを高く形成することにより、その応力が分散しやすくなる（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、上述した樹脂ポストのような、応力緩和のための構造を別途設けると、材料や工数が増え、コストが高くなってしまう。
【特許文献１】特開２００４−２０７３６８号公報
【特許文献２】再公表００／０７７８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、特別な構造を必要とせず、基板実装後の信頼性を向上させた半導体装置を提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、特別な構造を必要とせず、基板実装後の信頼性を向上させた半導体装置を簡単な工程で製造することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを第二の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に記載の半導体装置は、少なくとも一面に電極を備えた基板と、前記基板の一面に配された配線層と、前記配線層と電気的に接続されたはんだバンプと、を備えた半導体装置であって、前記基板上の前記はんだバンプが配される部位にパッドが配されており、該パッドは、前記配線層と電気的に接続された金属製のリング部、及び、該リング部の内側に離間して配された少なくとも一つ以上の金属製の突起部を有することを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の半導体装置は、請求項１において、前記リング部と前記突起部とが、同一金属からなることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の半導体装置の製造方法は、少なくとも一面に電極を備えた基板と、前記基板の一面に配された配線層と、前記配線層と電気的に接続されたはんだバンプとを備え、前記基板上の前記はんだバンプが配される部位にパッドが配されており、該パッドは、前記配線層と電気的に接続された金属製のリング部、及び、該リング部の内側に離間して配された少なくとも一つ以上の金属製の突起部を有する半導体装置の製造方法において、前記リング部と前記突起部とを同時に形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、基板上のはんだバンプが配される部位に、配線層と電気的に接続された金属製のリング部、及び、該リング部の内側に離間して配された少なくとも一つ以上の金属製の突起部を有するパッドが配されているので、はんだバンプにクラックが発生したとしても、突起部によりクラックの伸展を抑えることができる。これにより、特別な構造を必要とせず、基板実装後の信頼性を向上させた半導体装置を提供することができる。
【０００９】
また、本発明では、基板上のはんだバンプが配される部位に、配線層と電気的に接続された金属製のリング部と、該リング部の内側に離間して配された少なくとも一つ以上の金属製の突起部とを同時に形成している。これにより、はんだバンプにクラックが発生したとしても、突起部によりクラックの伸展を抑えることができる。その結果、特別な構造を必要とせず、基板実装後の信頼性を向上させた半導体装置を簡単な工程で製造することが可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る半導体装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の半導体装置の一例を示す断面図である。また、図２は、図１に示す半導体装置において、絶縁樹脂層上に形成された配線層とパッドとを示す平面図である。
半導体装置１は、一面に電極３が配された半導体基板２と、半導体基板２の一面上に配され前記電極３を露出する開口部４ａを備えた絶縁樹脂層４と、絶縁樹脂層４上に配され前記電極３と電気的に接続された配線層５（導電部）と、前記配線層５と電気的に接続されたはんだバンプ９と、を備える、
【００１２】
特に、本発明の半導体装置１では、図２に示すように、基板上の前記はんだバンプ９が配される部位にパッド６が配されており、該パッド６は、前記配線層５と電気的に接続された金属製のリング部７、及び、該リング部７の内側に離間して配された少なくとも一つ以上の金属製の突起部８を有することを特徴とする。
従来の問題点を解決するために、本発明では基板上のはんだバンプが配される部位に配されるパッドの形状を変更した。具体的には、従来の円形の形状に対して、本発明では、パッド６を配線層５と電気的に接続された金属製のリング部７、及び、該リング部７の内側に離間して配された少なくとも一つ以上の金属製の突起部８を有する形態とした。これにより、はんだバンプ９にクラックが発生したとしても、突起部８によりクラックの伸展を抑えることができる。その結果、特別な構造を必要とせず、基板実装後の信頼性を向上させた半導体装置を提供することができる。
【００１３】
半導体基板２は、シリコンウエハ等の半導体ウエハでもよく、半導体ウエハをチップ寸法に切断（ダイシング）した半導体チップであってもよい。半導体基板２が半導体チップである場合は、まず、半導体ウエハの上に、各種半導体素子やＩＣ、誘導素子等を複数組、形成した後、チップ寸法に切断することで複数の半導体チップを得ることができる。
【００１４】
電極３は、半導体基板２上に形成された電子部品（図示せず）に電気的に接続される電極である。この電極３は、例えば、アルミニウム、銅、クロム、チタン、金、チタン−タングステン合金等の導電性を有する金属により構成されている。
【００１５】
絶縁樹脂層４は、電極３と整合する位置に形成された開口部４ａを有する。絶縁樹脂層４は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）、液晶ポリマー等からなり、その厚さは例えば１〜３０μｍである。
絶縁樹脂層４は、例えば回転塗布法、印刷法、ラミネート法などにより形成することができる。また開口部４ａは、例えばフォトリソグラフィ技術を利用したパターニングなどにより形成することができる。
【００１６】
配線層５は、電極３とはんだバンプ９とを電気的に接続する再配線層（アンダーパス）である。配線層５の一端部は、開口部４ａを介して絶縁樹脂層４を貫通し、電極３と電気的に接続されている。また、配線層５の他端部は、パッド６のリング部７と電気的に接続されている。
【００１７】
配線層５は、例えば、銅、クロム、アルミニウム、チタン、金、ニッケル、パラジウム、チタン−タングステン合金等が好適に用いられ、その厚みは２〜４０μｍが好ましく、さらに好ましくは５〜２０μｍである。これにより十分な導電性が得られる。配線層５は、例えば、電解銅めっき法等のめっき法、スパッタリング法、蒸着法、または２つ以上の方法の組み合わせにより形成することができる。
【００１８】
パッド６は、絶縁樹脂層４上であってはんだバンプ９が配される部位に配され、配線層５と電気的に接続された金属製のリング部７、及び、該リング部７の内側に離間して配された少なくとも一つ以上の金属製の突起部８を有する。
リング部７は、パッケージの配線層５とはんだバンプ９との間を電気的に接続する役割を有する。
【００１９】
突起部８は、半導体装置１を実装後、はんだバンプ９にクラックが発生するのを抑制する、また、クラックが発生したとしても、クラックの伸展を止める役割を有する。つまり、はんだバンプのクラックは、はんだバンプとパッドとの接合面で発生する場合が多い。この前提に立てば、本構造のように突起部８を設けた場合、はんだバンプ９のクラックは、突起部８に沿って伸展することになる。本構造は、従来の構造と比べて、はんだバンプ９とパッド６との接合面積が大きくなるので、クラックが破断に到るまでの時間が長くなる。
【００２０】
併せて、従来の構造では、パッドとはんだバンプの接合面は、基板表面に対して水平方向の面のみであったが、本構造にすることで、基板表面に対して垂直方向の接合面を得ることができる。つまり、クラックが接合面に沿って伸展する場合、突起部の形状に沿って、伸展方向が変化しなければならない。これは従来の接合面と比べて、クラックの伸展には明らかに不利である。
【００２１】
また、突起部８は、はんだバンプ９に作用する応力を緩和する。理由として、従来は、はんだバンプに外部から働く応力は、主に、はんだバンプと、パッドおよび配線部の変形によって緩和されているが、その場合、従来の連続した膜からなるパッドと比べ、本構造のように、リング部７と、該リング部７の内側に離間して配された少なくとも一つ以上の突起部８とからなる構造にしたことで、パッド６は従来よりも横方向に変形しやすい構造となっている。つまり、はんだバンプ９に発生した応力を緩和しやすい構造となっている。なお、本構造では、一部のはんだバンプ９は絶縁樹脂層４と接しているが、両者は濡れ性が低く、密着していない。
【００２２】
上述したような理由により、本発明の半導体装置１では、この突起部８があることで、はんだバンプ９に作用する応力を緩和するとともに、クラックの発生・伸展を抑制することができる。その結果、基板実装後の信頼性が向上する。
【００２３】
突起部８の形状や大きさは特に限定されるものではないが、例えば円柱状で、円の直径は約１０μｍ以上とする。また、突起部８の数についても特に限定されないが、例えば５〜３０個とする。また、２種類以上の異なる形状、大きさの突起部８が混在していても良い。
【００２４】
リング部７と突起部８とは同一金属からなることが好ましく、例えば、銅、クロム、アルミニウム、チタン、金、チタン−タングステン合金等が用いられる。その中でも銅を用いることが好ましい。パッド６（リング部７及び突起部８）は、例えば、電解銅めっき法等のめっき法、スパッタリング法、蒸着法、または２つ以上の方法の組み合わせにより形成することができる。
【００２５】
はんだバンプ９は、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の鉛を含まない高温はんだ等を用いることができる。その他にも、Ｐｂ，ｌｎ，Ｓｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｂｉ，Ｚｎのいずれかを少なくとも一つ含む材料を用いることができる。はんだバンプ９は、例えば、はんだボール搭載法、電解はんだめっき法、はんだペースト印刷法、はんだペーストディスペンス法、はんだ蒸着法等により形成することができる。
はんだバンプ９が凸構造を内包しているが、この凸構造はパッド６上に新たに形成されたものである。
【００２６】
また、半導体装置１は、前記電極３及び前記配線層５が埋設されるように、前記半導体基板２の一面側に配された封止層１０を、さらに備えていることが好ましい。
封止層１０は、電子部品、電極３および配線層５を保護するためのもので、例えば、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂（シリコーン）、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）等により構成され、その厚みは５〜５０μｍ程度である。
【００２７】
このような封止層１０は、例えば、感光性ポリイミド系樹脂等の感光性樹脂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によって形成することができる。なお、封止層１０の形成方法は、この方法に限定されるものではない。
【００２８】
次に、このような半導体装置１の製造方法について説明する。
【００２９】
本発明の半導体装置の製造方法は、少なくとも一面に電極３を備えた半導体基板２と、前記半導体基板２の一面に配された配線層５と、前記配線層５と電気的に接続されたはんだバンプ９とを備え、前記半導体基板２上の前記はんだバンプ９が配される部位にパッド６が配されており、該パッド６は、前記配線層５と電気的に接続された金属製のリング部７、及び、該リング部７の内側に配された少なくとも一つ以上の金属製の突起部８を有する半導体装置１の製造方法において、前記リング部７と前記突起部８とを同時に形成することを特徴とする。
【００３０】
図３及び図４は、本発明の半導体装置の製造方法において各工程を示す断面図である。
本発明では、半導体基板２上のはんだバンプ９が配される部位に、配線層５と電気的に接続された金属製のリング部７と、該リング部７の内側に離間して配された少なくとも一つ以上の金属製の突起部８とを同時に形成している。これにより、はんだバンプ９にクラックが発生したとしても、突起部８によりクラックの伸展を抑えることができる。その結果、特別な構造を必要とせず、基板実装後の信頼性を向上させた半導体装置を簡単な工程で製造することが可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。
以下、各工程について詳細に説明する。
【００３１】
（１）初めに、図３（ａ）に示すように、半導体基板２上に真空蒸着法やスパッタ法等により導電性を有する金属膜を成膜し、この金属膜をパターニングすることにより半導体基板２上の所定位置に電極３を形成する。
また、半導体基板２上に、窒化珪素等からなるパッシベーション膜（図示せず）を形成する。このパッシベーション膜の上記電極３に整合する位置には開口部が形成されており、電極３が露出している。
【００３２】
（２）次に、図３（ｂ）に示すように、半導体基板２の一面上に絶縁樹脂層４を形成する。
絶縁樹脂層４は、電極３と整合する位置に形成された開口部４ａを有する。絶縁樹脂層４は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）等からなり、その厚さは例えば１〜３０μｍである。
絶縁樹脂層４は、例えばスピンコート法、スプレーコート法などにより形成することができる。また開口部４ａは、例えばフォトリソグラフィ技術を利用したパターニングなどにより形成することができる。
【００３３】
なお、絶縁樹脂層４の形成には、ラミネート法、印刷法を用いることも可能である。また、樹脂のパターニングには、レーザー加工法、プラズマエッチング法も可能である。
また、ラミネート法の場合、あらかじめパターニングされたシート状の樹脂をラミネートにて圧着させることも可能である。また、樹脂をスクリーン印別法にて直接、成膜及びパターニングする方法も可能である。なお、これらの場合、樹脂が感光性である必要はない。
【００３４】
（３）絶縁樹脂層４上に、スパッタ法、蒸着法、塗付法、化学気相成長法、無電解めっき法などによりシード層（図示せず）を形成する。
シード層は、絶縁樹脂層４との密着性を確保するための密着層となる下層と、配線層５及びパッド６の形成時の給電に使用される給電層となる上層とから構成される。また、シード層は、配線層５及びパッド６が絶縁樹脂層４に侵入拡散するのを防止するものである。配線層５及びパッド６が絶縁樹脂層４に侵入拡散すると、密着性が著しく損なわれる。
【００３５】
密着層には、例えば、クロム、チタン、チタン−タングステン合金、ニッケルなどの金属が用いられ、その厚みは１０〜３０００ｎｍであることが好ましい。
給電層には、銅、クロム、アルミ、チタン、チタン−タングステン合金、金などが用いられ、その厚みは１００〜３０００ｎｍであることが好ましい。
【００３６】
密着層と給電層からなるシード層の厚みは、１１０〜６０００ｎｍの範囲にすることが望ましい。特に、密着層の厚みが１０ｎｍ未満であると、配線層５及びパッド６が絶縁樹脂層４に侵入拡散する虞がある。また、密着層の厚みが３０００ｎｍを越えると、密着層のパターニングをする手間がかかるため好ましくない。
【００３７】
さらに、シード層上にレジスト開口部を有するレジスト２０を形成する。このとき、パッド６が形成される部分のレジスト２０は、リング部７および突起部８が形成されるようにパターニングする。その後、図３（ｃ）に示すように、レジスト開口部にめっき成長することによって配線層５及びパッド６を形成した後、レジスト２０を除去する（図３（ｄ）参照）。この際、レジスト２０の膜厚は、成長させるめっき膜からなる配線層５及びパッド６より厚くすることが好ましい。めっき処理の方法としては、電解めっきおよび無電解めっきの両方式を利用することができる。
また、はんだとの密着性の改善等のために、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｐｄのうち、少なくとも一つ以上の金属を電解あるいは無電解めっきにて析出させてもよい。
【００３８】
次いで、シード層上であって、めっきが形成されていない領域をエッチング除去し、絶縁樹脂層４を露出させる。なお、不要な領域のシード層を除去するためには、エッチング液を用いるエッチング法以外に、プラズマを用いる乾式エッチング法も利用できる。
このようにして形成される配線層５及びパッド６の厚みは５〜２０μｍであることが好ましい。
【００３９】
（４）次に、図３（ｅ）に示すように、絶縁樹脂層４及び配線層５上に封止層１０を形成する。封止層１０は、例えば感光性ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂（シリコーン）、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）等の感光性樹脂を、スピンコート法やラミネート法を用い、フォトリソグラフィ技術によりパターニングすることによって形成することができる。
【００４０】
その際、パッド６を少なくとも露出するような開口部１０ａを封止層１０に設ける。なお、開口部１０ａの直径は、露光時に用いるフォトマスクの開口径によって調整することができる。封止層１０の厚みは５〜５０μｍ程度である。
【００４１】
なお、封止層１０の形成には、電着法、スプレーコート法、印刷法を用いることも可能である。また、樹脂のパターニングには、レーザー加工法、プラズマエッチング法も可能である。
また、ラミネート法の場合、あらかじめパターニングされたシート状の樹脂をラミネートにて圧着させることも可能である。また、樹脂をスクリーン印別法にて直接、成膜及びパターニングする方法も可能である。なお、これらの場合、樹脂が感光性である必要はない。
【００４２】
（５）次に、図４に示すように、封止層１０の開口部１０ａにより露出されたパッド６上に、はんだボール搭載法、電解はんだめっき法、はんだペースト印刷法、はんだペーストディスペンス法、はんだ蒸着法等によりはんだを転写し、その後、リフロー炉を用いてはんだボールを溶融させ、パッド６上に、はんだバンプ９を形成する。
以上のようにして図１に示したような半導体装置１が得られる。
【００４３】
このようにして得られる半導体装置では、基板上のはんだバンプ９が配される部位に、配線層５と電気的に接続された金属製のリング部７、及び、該リング部７の内側に離間して配された少なくとも一つ以上の金属製の突起部８を有するパッド６が配されているので、はんだバンプ９にクラックが発生したとしても、突起部８によりクラックの伸展を抑えることができる。これにより、特別な構造を必要とせず、基板実装後の信頼性が向上したものとなる。
【００４４】
以上、本発明の半導体装置およびその製造方法について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、半導体装置およびその製造方法について広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明により製造された半導体装置の一例を示す断面図。
【図２】図１に示す半導体装置において、配線層とパッドとを示す平面図。
【図３】本発明に係る半導体装置の製造方法の一例を工程順に示す断面図。
【図４】図３に続く工程を順に示す断面図。
【符号の説明】
【００４７】
１  半導体装置、２  半導体基板、３  電極、４  絶縁樹脂層、５  配線層、６  パッド、７  リング部、８  突起部、９  はんだバンプ、１０  封止層。
【図１】
2009135345.tif 000003
【図２】
2009135345.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009135345.tif 000006