(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面を有する半導体素子と、
前記半導体素子の主表面に形成される酸化膜と、
前記半導体素子の主表面に直接形成される放熱パッドと、
前記放熱パッドの一部と、前記酸化膜上とに形成される絶縁膜と、
前記放熱パッド上及び前記絶縁膜上の一部に形成される導電層と、
前記導電層上に形成されるポストと、
少なくとも前記導電層と前記ポストの側面とを覆う封止部材と、
前記ポストの一端に形成され、前記封止部材から露出する突起部とを有することを特徴とするチップサイズパッケージ。
【請求項２】
主表面を有する半導体素子と、
前記半導体素子の主表面に形成される酸化膜と、
前記半導体素子の主表面に直接形成される放熱パッドと、
前記酸化膜上に形成される電極パッドと、
前記放熱パッド及び電極パッド上の一部と、前記酸化膜上とに形成される絶縁膜と、
前記電極パッド上及び前記絶縁膜上の一部に形成される第1の導電層と、
前記放熱パッド上及び前記絶縁膜上の一部に形成される第2の導電層と、
前記第1の導電層上に形成される第1のポストと、
前記第2の導電層上に形成される第2のポストと、
少なくとも前記第1及び第2の導電層と前記第1及び第2のポストの側面とを覆う封止部材と、
前記第1のポストの一端に形成される第1の突起部と、前記第2のポストの一端に形成される第2の突起部とを有することを特徴とするチップサイズパッケージ。
【請求項３】
前記半導体素子の主表面は中央領域と該中央領域を取り囲む中間領域と該中間領域を取り囲む周辺領域とを有し、
前記放熱パッド及び前記第2のポストは、前記周辺領域に形成されることを特徴とする請求項２記載のチップサイズパッケージ。
【請求項４】
前記半導体素子の主表面は中央領域と該中央領域を取り囲む中間領域と該中間領域を取り囲む周辺領域とを有し、
前記第1のポストは、前記中間領域に形成され、
前記放熱パッド及び前記第2のポストは、前記周辺領域にのみ形成されることを特徴とする請求項２記載のチップサイズパッケージ。
【請求項５】
前記半導体素子の主表面は中央領域と該中央領域を取り囲む中間領域と該中間領域を取り囲む周辺領域とを有し、
前記放熱パッド及び前記第2のポストは、前記中央領域に形成されることを特徴とする請求項２記載のチップサイズパッケージ。
【請求項６】
前記半導体素子の主表面は中央領域と該中央領域を取り囲む中間領域と該中間領域を取り囲む周辺領域とを有し、
前記第1のポストは、前記中間及び周辺領域に形成され、
前記放熱パッド及び前記第2のポストは、前記中央領域にのみ形成されることを特徴とする請求項２記載のチップサイズパッケージ。
【請求項７】
前記半導体素子の主表面は中央領域と該中央領域を取り囲む中間領域と該中間領域を取り囲む周辺領域とを有し、
前記放熱パッド及び前記第2のポストは、前記中間領域に形成されることを特徴とする請求項２記載のチップサイズパッケージ。
【請求項８】
前記半導体素子の主表面は中央領域と該中央領域を取り囲む中間領域と該中間領域を取り囲む周辺領域とを有し、
前記第1のポストは、前記周辺領域に形成され、
前記放熱パッド及び前記第2のポストは、前記中間領域にのみ形成されることを特徴とする請求項２記載のチップサイズパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、放熱性が改善された半導体装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、様々な樹脂封止型半導体装置が提案されている。そのうちの一つに、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ／Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）と呼ばれる樹脂封止型半導体装置がある。この樹脂封止型半導体装置は、チップサイズと同等若しくはわずかに大きい半導体装置である。なお、ＣＳＰと呼ばれる樹脂封止型半導体装置には、Ｗ−ＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ ｌｅｖｅｌ Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ ／ Ｗａｆｅｒ ｌｅｖｅｌ Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）と呼ばれる、チップサイズと同等な樹脂封止型半導体装置がある。
【０００３】
ここで、従来の半導体装置について、図面を用いて説明する。図１０は、従来の半導体装置の断面図である。従来の半導体装置は、主表面にフィールド酸化膜１００１が設けられた半導体素子１０００と、フィールド酸化膜１００１上に設けられた電極パッド１００２と、電極パッド１００２の一部とフィールド酸化膜１００１上に設けられた絶縁膜１００３と、電極パッド１００２と電気的に接続された配線１００４と、配線上に設けられたポスト１００５と、ポスト１００５の一端に形成されたはんだボール１００６と、少なくとも配線１００４とポスト１００５とを封止する封止樹脂１００７とにより構成されていた。そして、半導体素子１０００の主表面で発生した熱は、電極パッド１００２、配線１００４、ポスト１００５、及びはんだボール１００６とを介して放熱されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体装置の半導体素子の主表面側は、熱伝導率の低い樹脂によって覆われており、その放熱経路は半導体装置外部に信号を伝えるためのポストとはんだボールだけである。また、半導体素子の主表面がフィールド酸化膜で覆われているため、半導体素子において発生された熱は、十分、ポスト等に伝わらなかった。そのため、半導体素子において発生された熱は、その主表面側において、満足する程放熱されていなかった。
【０００５】
この発明は、半導体素子において発生された熱を半導体装置の外部に、効率的に放熱することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、前述した課題を解決するために、この発明の代表的なチップサイズパッケージは、主表面を有する半導体素子と、半導体素子の主表面に形成される酸化膜と、半導体素子の主表面に直接形成される放熱パッドと、酸化膜上に形成される電極パッドと、放熱パッド及び電極パッド上の一部と酸化膜上とに形成される絶縁膜と、電極パッド上及び絶縁膜上の一部に形成される第１の導電層と、放熱パッド上及び絶縁膜上の一部に形成される第２の導電層と、第１の導電層上に形成される第１のポストと、第２の導電層上に形成される第２のポストと、少なくとも第１及び第２の導電層と第１及び第２のポストの側面とを覆う封止部材とを設けた。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、図面を用いて、この発明の第1の実施の形態の半導体装置を説明する。
【０００８】
初めに、図１及び図２を用いて、第１の実施の形態の半導体装置の構成を説明する。図１は、第１の実施の形態の半導体装置の構造を示す平面図である。図２は、図１の半導体装置をＡ−Ａ´線で切断したときの断面図である。ここで、図１において、はんだボールに記載される“Ｓ”は信号伝達用のはんだボールであることを示し、“Ｒ”は放熱用のはんだボールであることを示している。第１の実施の形態の半導体装置の特徴は、半導体装置の中心から最も外側に、放熱用のはんだボール等を設けることである。
【０００９】
第１の実施の形態の半導体装置は、半導体素子２０１と、フィールド酸化膜２１１と、Ａｌ（アルミニウム）で構成される電極パッド２０２及び放熱パッド２０３と、パッシベーション膜２０４と、絶縁膜であるポリイミド膜２１２と、Ｔｉ（チタン）とＣｕ（銅）またはＡｌなどにより構成される導電層２０５（再配線２０５）と、Ｃｕ又はＡｌなどにより構成されるポスト２０６（第１のポスト２０６）及び放熱ポスト２０７（第２のポスト２０７）と、はんだにより構成される突起部２０８（第１の突起電極または第１のはんだボール２０８）及び突起部２０９（第２の突起電極または第２のはんだボール２０９）と、エポキシ系樹脂により構成される封止部材２１０（封止樹脂２１０）とにより構成される。
【００１０】
初めに、半導体素子２０１は、中央領域２００ａと、中央領域２００ａを取り囲む中間領域２００ｂと、中間領域２００ｂを取り囲む周辺領域２００ｃとを有している。また、半導体素子２０１は、主表面２０１ａを有している。トランジスタなどの回路は、中間領域２００ｂにおける半導体素子２０１の主表面２０１ａに形成されている。フィールド酸化膜２１１は、半導体素子２０１の主表面２０１ａ上に設けられている。電極パッド２０２は、中間領域２００ｂのフィールド酸化膜２１１上に設けられ、半導体素子２０１に設けられた回路と電気的に接続されている。放熱パッド２０３は、フィールド酸化膜２１１を介さずに、周辺領域２００ｃの主表面２０１ａに設けられている。ここで、放熱パッド２０３は、半導体素子２０１に設けられた回路とは電気的に接続されていない。パッシベーション膜２０４は、電極パッド２０２の表面の一部、放熱パッド２０３の表面の一部、フィールド酸化膜２１１上に設けられている。ポリイミド膜２１２は、電極パッド２０２の表面の一部、放熱パッド２０３の表面の一部、パッシベーション膜２０４上に設けられている。再配線２０５は、電極パッド２０２の表面、放熱パッド２０３の表面及びポリイミド膜２１２の表面の一部に形成されている。ここで、再配線２０５は、電極パッド２０２と電気的に接続されている。ポスト２０６は、電極パッド２０２と接続された再配線２０５上に形成されている。ポスト２０６の一端は再配線２０５に接続し、他端にははんだボール２０８が設けられている。ここで、パッド２０２、再配線２０５、ポスト２０６及びはんだボール２０８は、電気的に接続されている。なお、ポスト２０６は、再配線２０５と電気的に接続さえされていれば、ポリイミド膜２１２上に設けられていても良い。一方、放熱ポスト２０７は、放熱パッド２０３と接続された再配線２０５上に設けられている。放熱ポスト２０７の一端は再配線２０５に接続し、他端にははんだボール２０９が設けられている。封止樹脂２１０は、再配線２０５の表面と、ポスト２０６の側面と、放熱ポスト２０７の側面及びポリイミド膜２１２の表面を封止している。ここで、はんだボール２０８、２０９は、封止樹脂２１０によって封止されていない。なお、はんだボール２０８、２０９は図２のようにほぼ球状である必要はなく、弧状でも良い。
【００１１】
ここで、図１において、図面のスペースの都合上、信号伝達用のはんだボール等（電極パッド２０２、再配線２０５、ポスト２０５、はんだボール２０８）及び放熱用のはんだボール等（放熱パッド２０３、放熱ポスト２０７、はんだボール２０９）はそれぞれ１列しか記載されていないが、それに限定されないことは言うまでもない。また、図１において、放熱用のはんだボール等は、半導体素子２０１の主表面２０１ａの最も外側に、１列に設けられている。しかしながら、放熱効果を十分に得られれば、１列すべてを放熱用のはんだボール等とする必要はなく、各辺に複数個ずつ配置するようにしても良い。なお、第１の実施の形態の半導体装置の中央領域２００ａには、信号伝達用のはんだボール等及び放熱用のはんだボール等のいずれも形成されていない。
【００１２】
以上のように構成された第１の実施の形態の半導体装置は、以下のような効果を奏する。
【００１３】
（１）放熱パッドは、フィールド酸化膜を介さず、半導体素子の主表面に直接形成されている。そのため、半導体素子の主表面において発生された熱は、直接放熱パッドに伝わり、ポスト及びはんだボールを用いて放熱される。そのため、第１の実施の形態の半導体装置は、従来の半導体装置に比べ、発生された熱を効率的に放熱することができる。よって、第１の実施の形態の半導体装置は、従来の半導体装置のパッケージよりも熱抵抗が低減し、半導体素子の高温化が抑制されることにより、半導体装置の長寿命化が可能となる。
【００１４】
（２）放熱用のはんだボール等は、半導体素子の主表面の周辺領域に配置されている。そのため、たとえ半導体装置の側面方向から水分が侵入した場合でも、放熱用のはんだボール等が信号伝達用のはんだボール等まで水分が侵入するのを防ぐことができる。よって、第１の実施の形態の半導体装置は、従来の半導体装置よりも、長寿命化が可能となる。
【００１５】
（第２の実施の形態）
以下、図面を用いて、この発明の第２の実施の形態の半導体装置を説明する。図３及び図４を用いて、第２の実施の形態の半導体装置の構成を説明する。図３は、第２の実施の形態の半導体装置の構造を示す平面図である。図４は、図３の半導体装置をＢ−Ｂ´線で切断したときの断面図である。ここで、前述の実施の形態の半導体装置と同じ構成については、共通の番号を付与し、重複する説明を省略する。第２の実施の形態の半導体装置の特徴は、従来の半導体装置においてはんだボール等の配置がされていない中央領域に、放熱用のはんだボール等を設けることである。
【００１６】
第２の実施の形態の半導体装置の半導体素子は、中央領域４００ａと、中央領域４００ａを取り囲む中間領域４００ｂと、中間領域４００ｂを取り囲む周辺領域４００ｃとを有している。図３に示すように、第２の実施の形態の半導体装置では、中央領域４００ａに、放熱用のはんだボール等（放熱パッド４０１、放熱ポスト４０２、はんだボール４０３）が設けられ、中間領域４００ｂ及び周辺領域４００ｃに信号伝達用のはんだボール等（電極パッド２０２、再配線２０５、ポスト２０５、はんだボール２０８）が設けられている。ここで、図３において、図面のスペースの都合上、放熱用のはんだボール等は４つしか記載されていないが、それに限定されないことは言うまでもない。また、図３において、放熱用のはんだボール等は、中間領域４００ｂ及び周辺領域４００ｃに一つも設けられていない。しかしながら、放熱効果を十分に得るために、中間領域４００ｂまたは周辺領域４００ｃに放熱用のはんだボール等を複数配置するようにしても良い。
【００１７】
本発明の第２の実施の形態の半導体装置によれば、本発明の第１の実施の形態の半導体装置において得られる効果（１）に加え、以下の効果を奏する。
【００１８】
（３）放熱用のはんだボール等は、従来の半導体装置において空きスペースであった半導体素子の中央領域に形成されている。そのため、放熱用のはんだボール等を設けるために、半導体素子の回路の配置をし直す必要はない。
【００１９】
（第３の実施の形態）
以下、図面を用いて、この発明の第３の実施の形態の半導体装置を説明する。図５及び図６を用いて、第３の実施の形態の半導体装置の構成を説明する。図５は、第３の実施の形態の半導体装置の構造を示す平面図である。図６は、図５の半導体装置をＣ−Ｃ´線で切断したときの断面図である。ここで、前述の実施の形態の半導体装置と同じ構成については、共通の番号を付与し、重複する説明を省略する。第３の実施の形態の半導体装置の特徴は、従来の半導体装置に設けられているはんだボール等の配置を変更していない。そして、従来、信号伝達用として使用しておらず、かつ、半導体装置の中心に最も近いはんだボール等のスペースに、放熱用のはんだボール等を設けることである。
【００２０】
第３の実施の形態の半導体装置の半導体素子は、中央領域６００ａと、中央領域６００ａを取り囲む中間領域６００ｂと、中間領域６００ｂを取り囲む周辺領域６００ｃとを有している。図５に示すように、第３の実施の形態の半導体装置では、中間領域６００ｂに設けられるはんだボールの最も内側の列（半導体素子の中心に最も近いはんだボールの列）に、放熱用のはんだボール等（放熱パッド６０１、放熱ポスト６０２、はんだボール６０３）が設けられている。ここで、図５において、中間領域６００ｂの最も内側の列すべてを放熱用のはんだボール等と記載しているが、それに限定されないことは言うまでもない。また、図３において、放熱用のはんだボール等は、周辺領域６００ｃに一つも設けられていない。しかしながら、放熱効果を十分に得るために、周辺領域６００ｃに放熱用のはんだボール等を複数配置するようにしても良い。
【００２１】
本発明の第３の実施の形態の半導体装置によれば、本発明の第１の実施の形態の半導体装置において得られる効果（１）に加え、以下の効果を奏する。
【００２２】
（４）放熱用のはんだボール等は、半導体素子の周辺領域の最も内側の列に設けられている。よって、本発明の第３の実施の形態の半導体装置は、半導体素子の中央領域から発生した熱を効果的に放熱することができる。
【００２３】
（第４の実施の形態）
以下、図面を用いて、この発明の第４の実施の形態の半導体装置を説明する。図７及び図８を用いて、第４の実施の形態の半導体装置の構成を説明する。図７は、第４の実施の形態の半導体装置の裏面を示す平面図である。図８は、図７の半導体装置をＤ−Ｄ´線で切断したときの断面図である。ここで、前述の実施の形態の半導体装置と同じ構成については、共通の番号を付与し、重複する説明を省略する。第４の実施の形態の半導体装置の特徴は、半導体装置の裏面に溝部を設けたことである。
【００２４】
第４の実施の形態の半導体装置は、主表面８００ａと裏面８００ｂとを有する半導体素子８００を有する。半導体素子８００の主表面８００ａには、前述の実施の形態の半導体装置と同じように、回路等が形成されている。一方、半導体素子８００の裏面８００ｂには、Ｖ字形状を有する複数の溝部８０１が形成されている。複数の溝部８０１は、各々略平行に形成されている。なお、複数の溝部８０１は、各々略平行ではなく、配列形状で形成されても良いことは言うまでもない。各溝部８０１の幅、深さ及び数は、半導体装置の強度（応力）等を考慮して設定されているものとする。ここで、溝部８０１は、エッチングにより、Ｖ字形状に形成される。
【００２５】
なお、図９は、第４の実施の形態の半導体装置の変形例を示す断面図である。図９に示すように、溝部９０１は、Ｖ字形状でなく、Ｕ形状を有している。溝部９０１の幅、深さ及び数は、半導体装置の強度（応力）等を考慮して設定されているものとする。ここで、溝部９０１は、半導体装置をダイシングする際同時に形成される。この場合、Ｕ形状の溝部を形成する際には、エッチング工程ではないのでＶ字形状の溝部を形成するのに必要であったマスクを必要としない。
【００２６】
本発明の第４の実施の形態の半導体装置によれば、以下の効果を奏する。
【００２７】
（５）半導体装置の裏面には、溝部が形成されている。そのため、半導体装置の裏面から主表面までの距離が短くなり、かつ、半導体装置の裏面の表面積が増大する。よって、半導体素子により発生した熱を効率良く、放熱することができる。
【００２８】
（６）また、溝部は、Ｕ形状を有している。そのため、溝部を形成するためにマスク等を必要とせず、コストアップが抑制でき、かつ作業効率が良い。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように構成された半導体装置は、半導体素子において発生された熱を、放熱用のはんだボール等を用いて、半導体素子の外に放熱することができる。従って、従来の半導体装置のパッケージよりも熱抵抗が低減し、半導体素子の高温化が抑制されることにより、半導体装置の長寿命化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態の半導体装置を示す平面図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態の半導体装置の構造を示す断面図である。
【図３】この発明の第２の実施の形態の半導体装置を示す平面図である。
【図４】この発明の第２の実施の形態の半導体装置の構造を示す断面図である。
【図５】この発明の第３の実施の形態の半導体装置を示す平面図である。
【図６】この発明の第３の実施の形態の半導体装置の構造を示す断面図である。
【図７】この発明の第４の実施の形態の半導体装置を示す平面図である。
【図８】この発明の第４の実施の形態の半導体装置の構造を示す断面図である。
【図９】この発明の第４の実施の形態の半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図１０】従来の半導体装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
２０１      半導体素子、
２０６、２０７      ポスト
２０８、２０９      はんだボール
８０１、９０１      溝部
【図１】
0003813079.tif 000002
【図２】
0003813079.tif 000003
【図３】
0003813079.tif 000004
【図４】
0003813079.tif 000005
【図５】
0003813079.tif 000006
【図６】
0003813079.tif 000007
【図７】
0003813079.tif 000008
【図８】
0003813079.tif 000009
【図９】
0003813079.tif 000010
【図１０】
0003813079.tif 000011