JP2000228420A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】チップサイズパッケージの実装時における信頼
性を向上させる。 【解決手段】メタルポスト９の上面よりも大きな上面の
面積を有する上部電極１２をメタルポスト９の上面に設
置し、この上に半田ボール１５を搭載する。これによ
り、半田ボール１５とメタルポスト９との接触面積Ｓ
‘が従来例のＳに比して大きくできる。このため、せん
断応力に対する強度を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、半導体装置及び
その製造方法に関する。さらに、詳しく言えば、チップ
サイズパッケージの信頼性を向上させる技術に関する。
チップサイズパッケージ（Chip Size Package）は、Ｃ
ＳＰとも呼ばれ、チップサイズと同等か、わずかに大き
いパッケージの総称であり、高密度実装を目的としたパ
ッケージである。本発明は、チップサイズパッケージの
信頼性を向上させる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この分野では、一般にＢＧＡ（Ba
ll Grid Array）と呼ばれ、面状に配列された複数のハ
ンダボールを持つ構造、ファインピッチＢＧＡと呼ば
れ、ＢＧＡのボールピッチをさらに狭ピッチにしてＰＫ
Ｇ外形がチップサイズに近くなった構造等が知られてい
る。

【０００３】また、最近では、「日経マイクロデバイ
ス」１９９８年８月号 ４４頁〜７１頁に記載されたウ
エハーＣＳＰがある。このウエハーＣＳＰは、基本的に
は、チップのダイシング前に配線やアレイ状のパッドを
ウエハープロセス（前工程）で作り込むＣＳＰである。
この技術によって、ウエハープロセスとパッケージ・プ
ロセス（後工程）が一体化され、パッケージ・コストが
大幅に低減できるようになることが期待されている。

【０００４】ウエーハＣＳＰの種類には、封止樹脂型と
再配線型がある。封止樹脂型は、従来のパッケージと同
様に表面を封止樹脂で覆った構造であり、チップ表面の
配線層上に柱状の端子（メタル・ポスト）を形成し、そ
の周囲を封止樹脂で固める構造である。パッケージをプ
リント基板に搭載すると、プリント基板との熱膨張差に
よって発生した応力がメタル・ポストに集中する。一般
に、このメタルポストを長くするほど応力が分散される
ことが知られている。

【０００５】一方、再配線型は、図１１に示すように、
封止樹脂を使わず、再配線を形成した構造である。チッ
プ５１の表面にＡｌ電極５２、配線層５３、絶縁層５４
が積層され、配線層５３上にはメタル・ポスト５５が形
成され、その上に半田バンプ５６（半田ボールとも呼ば
れる）が形成されている。配線層５３は、半田バンプ５
６をチップ上に所定のアレイ状に配置するための再配線
として用いられる。

【０００６】封止樹脂型は、メタル・ポストを１００μ
ｍ程度と長くし、これを封止樹脂で補強することによ
り、高い信頼性が得られる。しかしながら、封止樹脂を
形成するプロセスは、後工程において金型を用いて実施
する必要があり、プロセスが複雑になる。一方、再配線
型では、プロセスは比較的単純であり、しかも殆どの工
程をウエーハプロセスで実施できる利点がある。しか
し、なんらかの方法で応力を緩和し信頼性を高めること
が必要とされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１２は、上記のよう
なチップサイズパッケージ５７をプリント基板上に実装
した場合の断面図を示している。半田ボール５６は、プ
リント基板６１上に配線された銅電極６０上に当接され
る。しかしながら、プリント基板とチップサイズパッケ
ージ５７の熱膨張係数に差があるために、実装状態で温
度サイクル試験を行うと、半田ボール５６が破断するこ
とがある。特に、半田バンプ５６とメタルポスト５５の
界面には大きなせん断応力が生じることがわかってい
る。

【０００８】本発明は、上記の課題に鑑みて為されたも
のであり、チップサイズパッケージの応力耐性を向上
し、実装時の信頼性を高めることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基板上に形成された金属電極パッドと、この金属
電極パッドに接続され前記半導体基板の表面に延在する
配線層と、この配線層を含む半導体基板表面を被覆する
絶縁層と、この絶縁層に形成された開口部と、この開口
部に形成され前記配線層と接続された柱状端子と、この
柱状端子の上面に設けられた上部電極と、この上部電極
上に搭載された半田ボールとを有し、前記上部電極の上
面の面積を前記柱状端子の上面の面積よりも大きくした
ことを特徴としている。

【００１０】柱状端子と半田ボールとの界面のせん断応
力に対する強度は、これらの接触面積に比例する。した
がって、この柱状端子に上面の面積の大きな上部電極を
設け、この上部電極上に半田ボールを搭載することによ
り、接触面積が増加でき、せん断応力に対する強度を向
上することができる。

【００１１】また、配線層の微細化に伴いメタルポスト
は細くなる傾向にあるので、従来例のメタルポストで
は、柱状端子と半田ボールとの接触面積が減少してしま
うが、本発明によれば、メタルポスト自体は細くなって
も、上面の面積の大きな上部電極を具備しているので接
触面積を十分確保することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態につい
て、図１乃至図１０を参照しながら説明する。

【００１３】まず、図１に示すように、Ａｌ電極パッド
２を有するＬＳＩが形成された半導体基板１（ウエー
ハ）を準備し、半導体基板１の表面をＳｉＮ膜などのパ
ッシベーション膜３で被覆する。Ａｌ電極パッド２はＬ
ＳＩの外部接続用のパッドである。

【００１４】次に、図２に示すように、平坦化のために
ポリイミド膜４を全面に形成する。そして、Ａｌ電極パ
ッド２上のパッシベーション膜３及びポリイミド膜４を
エッチングによって取り除く。

【００１５】次に、図３に示すように、Ｃｕ層から成る
第１のメッキ用電極層５（シード層とも呼ばれる）をス
パッタにより形成する。

【００１６】次に、Ａｌ電極パッド２に接続する配線層
を形成する。この配線層は機械的強度を確保するために
５μｍ程度に厚く形成する必要があり、メッキ法を用い
て形成するのが適当である。図４に示すように、第１の
メッキ用電極層５上に第１のホトレジストパターン層６
を形成し、図５に示すように、電解メッキ法により、第
１のホトレジストパターン層６の形成されていない領域
にＣｕ層から成る配線層７を形成する。この後、第１の
ホトレジストパターン層６は除去する。

【００１７】次に、図６に示すように、配線層７上のメ
タルポスト形成領域に開口部を有する第２のホトレジス
トパターン層８を形成する。そして、電解メッキ法によ
り、Ｃｕ層から成る柱状端子としてメタルポスト９をこ
の開口部に形成する。

【００１８】次に、図７に示すように、全面にＣｕ層か
ら成る第２のメッキ用電極層１０を形成する。そして、
第２のメッキ用電極層１０上に第３のホトレジストパタ
ーン層１１を形成する。第３のホトレジストパターン１
１は、メタルポスト９上に開口部を有する。この開口部
は、メタルポスト９の上面部を囲み、それよりも広がっ
て開口されている。

【００１９】そして、電解メッキ法により、この開口部
にＣｕ層から成る上部電極１２を形成する。上部電極１
２の上面には、さらにＮｉ層／Ａｕ層から成るバリア層
１３が形成される。なお、このＮｉ層／Ａｕ層から成る
バリア層１０は、樹脂封止後、メタルポスト９の上面を
露出し、無電解メッキによって形成してもよい。

【００２０】次に、図８に示すように、第２及び第３の
ホトレジストパターン８、１１と第２のメッキ用電極層
１０を、レジスト剥離液を用いて除去する。さらに、第
１のメッキ用電極層５について、例えば硝酸と酢酸の混
合液を用いて配線層７の下にある部分を除き除去する。

【００２１】この後は、ポリイミド層またはモールド樹
脂層から成る絶縁層１４によって上記のように形成した
構造体を封止する。少なくとも上部電極１２の上面につ
いては、絶縁層１４を研磨するなどして露出されてお
り、この露出した面に半田ボール１５を真空吸着法など
の公知の方法を用いて搭載、圧着する。

【００２２】このようにして形成された半導体装置は、
メタルポスト９の上面よりも大きな上面の面積を有する
上部電極１２を有している。図１０は、メタルポストと
半田ボールの部分を従来例と比較して示した斜視図であ
る。この図からも明らかなように、本発明では、半田ボ
ール１５とメタルポスト９との接触面積Ｓ‘が従来例の
接触面積Ｓに比して大きくできる。このように、上部電
極１２形成用のレジストマスクの寸法の選択により、せ
ん断応力に対する強度を適正化することができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、柱状端子と半田ボール
との接触面積が増加でき、せん断応力に対する強度を向
上し、チップサイズパッケージの実装時における信頼性
を高めることができる。

【００２４】また、本発明によれば、半導体装置の微細
化によってメタルポスト自体は細くなっても、上面の面
積の大きな上部電極を具備しているので接触面積を十分
確保することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置及びその製
造方法を示す第１の断面図である。

【図２】本発明の実施形態に係る半導体装置及びその製
造方法を示す第８の断面図である。

【図３】本発明の実施形態に係る半導体装置及びその製
造方法を示す第３の断面図である。

【図４】本発明の実施形態に係る半導体装置及びその製
造方法を示す第４の断面図である。

【図５】本発明の実施形態に係る半導体装置及びその製
造方法を示す第５の断面図である。

【図６】本発明の実施形態に係る半導体装置及びその製
造方法を示す第６の断面図である。

【図７】本発明の実施形態に係る半導体装置及びその製
造方法を示す第７の断面図である。

【図８】本発明の実施形態に係る半導体装置及びその製
造方法を示す第８の断面図である。

【図９】本発明の実施形態に係る半導体装置及びその製
造方法を示す第９の断面図である。

【図１０】本発明の実施形態に係る半導体装置の構造を
示す斜視図である。

【図１１】従来例に係るチップサイズパッケージを示す
断面図である。

【図１２】実装された状態のチップサイズパッケージを
説明する断面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板上に形成された金属電極パッド
   と、この金属電極パッドに接続され前記半導体基板の表
   面に延在する配線層と、この配線層を含む半導体基板表
   面を被覆する絶縁層と、この絶縁層に形成された開口部
   と、この開口部に形成され前記配線層と接続された柱状
   端子と、この柱状端子の上面に設けられた上部電極と、
   この上部電極上に搭載された半田ボールとを有し、前記
   上部電極の上面の面積を前記柱状端子の上面の面積より
   も大きくしたことを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】半導体基板上にＬＳＩの金属電極パッドを
   形成する工程と、この金属電極パッドを被覆する第１の
   絶縁層を形成する工程と、前記金属電極パッドを露出す
   る工程と、前記半導体基板上の全面に第１のメッキ用電
   極層を形成する工程と、前記第１のメッキ用電極上に第
   １のホトレジストパターンを形成し電解メッキ法により
   前記金属電極パッドと接続された配線層を形成する工程
   と、前記第１のホトレジストパターンを除去する工程
   と、前記配線層上に第２のホトレジストパターンを形成
   し電解メッキにより柱状端子を形成する工程と、全面に
   第２のメッキ用電極層を形成する工程と、この第２のメ
   ッキ用電極層上に第３のホトレジストパターンを形成し
   電解メッキ法により、前記柱状端子の上面の面積より大
   きい上面の面積を有する上部電極を形成する工程と、前
   記第２及び第３のホトレジストパターンと前記第２のメ
   ッキ用電極層を除去する工程と、前記第１のメッキ用電
   極の不要部分を除去する工程と、前記上部電極の上面に
   半田ボール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。
3. 【請求項３】前記半田ボールを搭載した後に、ＬＳＩの
   スクライブラインに沿ってチップに分割する工程を有す
   ることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造
   方法。