JP2001077237A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性に優れた半導体装置を低い製造コスト
で提供する。 【解決手段】 素子電極１１が配列された主面を有する
半導体素子１０と、素子電極１１上に形成されたバリア
メタル１２と、半導体素子１０の主面上に形成された第
１弾性体層２０の段差部２５を覆うように形成された第
２弾性体層２１と、前記第２弾性体層２１上に形成さ
れ、バリアメタル１２に電気的に接続されている金属配
線パターン３３とを備える半導体装置である。バリアメ
タル１２上に位置するパットから延長された配線層３１
は、外部電極として機能するランド３２に電気的に接続
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を備え
た半導体装置およびその製造方法に関する。特に、半導
体素子を保護し、外部装置と半導体素子との電気的な接
続を確保する半導体装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化および高機能化
のために、半導体装置の小型化や動作速度の高速化とと
もに、実装密度の向上や実装作業の迅速性向上に対する
要求が高まっている。これらの要求に対応するため、種
々のパッケージ形態が開発されている。たとえば、メモ
リー用パッケージとしてはＬＯＣ（リード・オン・チッ
プ）あるいはＳＯＮ（スモール・アウトライン・ノンリ
ード）、あるいはＴＡＢテープを利用したμＢＧＡ（マ
イクロ・ボール・グリッド・アレイ、特表平０６−５０
４４０８号参照）等のパッケージ形態が開発されてい
る。

【０００３】以下、図７を参照しながら従来のμＢＧＡ
を用いた半導体装置（以下、「μＢＧＡ」という。）お
よびその製造方法を説明する。

【０００４】図７は、従来のμＢＧＡ１００の断面を模
式的に示している。μＢＧＡ１００は、半導体集積回路
部を内蔵した半導体素子（または半導体チップ）１０１
と、半導体素子１０１の主面上に設けられたしなやかな
低弾性率層１０３と、低弾性率層１０３上に形成された
柔軟性シート状の配線回路シート１０２とを有してい
る。配線回路シート１０２は配線パターンを備えてお
り、配線パターンには外部電極１０６が形成されてい
る。外部電極１０６は、半導体素子１０１の主面に形成
されている素子電極１０５と部分リード１０４を介して
互いに電気的に接続されている。

【０００５】次に、従来のμＢＧＡ１００の製造方法を
説明する。

【０００６】まず、低弾性率層１０３を介して半導体素
子１０１上に配線回路シート１０２を接合する。低弾性
率層１０３は、絶縁材料から形成されており、接着機能
を有している。

【０００７】次に、配線回路シート１０２上の電極１０
６と、半導体素子１０１の主面上の素子電極とを部分リ
ード１０４によって電気的に接続する。この接続は、
「ＴＡＢ」（テープ・オートメイテッド・ボンディン
グ）作業で通常用いられる従来の熱圧着、または超音波
ボンディング技術を用いて行われる。このようにして、
従来のμＢＧＡ１００が得られる。

【０００８】従来のμＢＧＡ１００は、半導体素子１０
１と配線回路シート１０２との間に低弾性率層１０３を
設けているため、半導体素子１０１に加わる応力を緩和
することができる。また、配線回路シート１０２上に二
次元的に配列された多数の電極１０６によって外部機器
との電気的接続が可能となるため、半導体装置を利用す
る情報通信機器、事務用電子機器等の小型化を図ること
ができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のμＢＧＡ１００には以下の問題があった。

【００１０】第１に、製造コストが高いという問題であ
る。その理由は、上記従来のμＢＧＡ１００では、予め
配線回路シート１０２を作製する必要があるため、製造
工数が増大するからである。また、配線回路シート１０
２自体が高価であるため材料コストが増大し、さらに半
導体素子１０１上に低弾性材料１０３を介して配線回路
シート１０２を接合するためには高性能なマウンタ（搭
載設備）を配備することが必要であるため、設備コスト
が増大するからである。

【００１１】第２に、部分リード１０４と素子電極１０
５とを接続することが困難であるという問題である。こ
れは、微細配線の接続を行うときには部分リード１０４
の幅や厚みが小さくなるため、部分リード１０４の形状
が安定しなくなるからである。接続の困難性に起因して
製造コストが増加し、さらに接続後の半導体装置の信頼
性が低下することになる。

【００１２】第３に、上記従来のμＢＧＡ１００は、そ
の構造上、半導体素子１０１をウエハから切り出された
後でなければ形成することができないという問題であ
る。このことは、作業の迅速性を向上させることを妨げ
るとともに、半導体装置の検査をウエハ状態で行うこと
ができないので、半導体装置の製造コストの低減に大き
な障壁となっている。

【００１３】本発明はかかる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その主な目的は、信頼性に優れ、製造コストの
低い半導体装置およびその製造方法を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
は、素子電極が配列された主面を有する半導体素子と、
前記半導体素子の前記素子電極上に形成されたバリアメ
タルと、前記半導体素子の前記主面上に形成され、前記
バリアメタルを露出させる第１開口部を有し、絶縁性の
弾性材料からなる第１弾性体層と、前記バリアメタルお
よび前記第１弾性体層を覆うように前記半導体素子の前
記主面上に形成され、前記バリアメタルの少なくとも一
部を露出させる第２開口部を有し、絶縁性の弾性材料か
らなる第２弾性体層と、前記第２弾性体層上に形成さ
れ、前記第２開口部内において前記バリアメタルと電気
的に接続されている配線層と、前記第２弾性体層上に形
成され、前記配線層に電気的に接続されている外部電極
とを備えている。このことによって、上記目的が達成さ
れる。

【００１５】ある実施形態においては、前記半導体素子
の前記主面上に形成され、前記素子電極の上面の中央部
を露出させる開口部を有し、前記上面の周辺部を覆うパ
ッシベーション膜をさらに備え、前記バリアメタルは、
前記パッシベーション膜の前記開口部に充填されてい
る。

【００１６】前記バリアメタルは、前記パッシベーショ
ン膜の上面を覆うように前記パッシベーション膜の前記
開口部に充填されていることが好ましい。

【００１７】ある実施形態においては、前記素子電極を
覆うように前記半導体素子の前記主面上に形成され、前
記素子電極の上面の中央部を露出させる開口部を有し、
前記素子電極の前記上面の周辺部を覆う樹脂層をさらに
備え、前記バリアメタルは、前記樹脂層の前記開口部に
充填されている。

【００１８】ある実施形態においては、前記半導体素子
の前記主面上に形成され、前記素子電極の上面の中央部
を露出させる開口部を有し、前記素子電極の前記上面の
周辺部を覆うパッシベーション膜と、前記素子電極およ
び前記パッシベーションの上に形成され、前記素子電極
の前記上面の前記中央部の少なくとも一部を露出させる
開口部を有する樹脂層とをさらに備え、前記バリアメタ
ルは、前記樹脂層の前記開口部に充填されている。

【００１９】前記外部電極の少なくとも一部を露出させ
るように前記第２弾性体層上に形成され、導電性材料を
はじく特性を有し、前記配線層を覆う保護膜と、前記外
部電極の上に形成された外部電極端子とをさらに備えて
いることが好ましい。

【００２０】前記外部電極端子は、金属ボールから構成
されていることが好ましい。

【００２１】本発明による半導体装置の製造方法は、素
子電極が配置された主面を有する半導体素子を用意する
工程と、前記素子電極を露出させる第１開口部を有し、
絶縁性の弾性材料からなる第１弾性体層を前記半導体素
子の前記主面上に形成する工程と、前記素子電極上にバ
リアメタルを形成する工程と、前記バリアメタルおよび
前記第１弾性体層を覆うように前記半導体素子の前記主
面上に絶縁性の弾性材料を堆積する工程と、前記バリア
メタルの少なくとも一部を露出させる第２開口部を前記
弾性材料に形成し、前記弾性材料から第２弾性体層を形
成する工程と、前記バリアメタルおよび前記第２弾性体
層の上に金属膜を堆積する工程と、前記金属膜をパター
ニングすることによって、一部が外部電極として機能す
る配線層を形成する工程とを包含する。この方法によっ
て、上記目的が達成される。

【００２２】ある実施形態においては、前記バリアメタ
ルを形成する工程の前に、前記素子電極を覆うように前
記半導体素子の前記主面上に樹脂を堆積する工程と、前
記素子電極の上面の中央部を露出させる開口部を前記樹
脂に形成し、それによって前記素子電極の前記上面の周
辺部を覆う樹脂層を前記樹脂から形成する工程とをさら
に包含し、前記バリアメタルを形成する工程は、前記樹
脂層の前記開口部に前記バリアメタルを充填する工程を
含む。

【００２３】前記配線層を形成する工程は、前記配線層
を形成した後に、前記外部電極の少なくとも一部を露出
させるように第２配線層を覆いかつ導電性材料をはじく
特性を有する保護膜を前記第２弾性体層上に形成する工
程と、露出している前記外部電極の上に外部電極端子を
形成する工程とをさらに包含してもよい。

【００２４】前記外部電極端子を形成する工程は、前記
外部電極の上に金属ボールを接合することによって実行
されることが好ましい。

【００２５】前記半導体素子として半導体ウエハを用い
て前記半導体素子を用意する工程から前記配線層を形成
する工程を実行し、その後、前記半導体ウエハを半導体
チップ毎に分離する工程を実行することが好ましい。

【００２６】前記配線層を形成する工程の前までに半導
体ウエハを半導体チップ毎に切り離す工程を実行し、そ
の後の工程を前記半導体素子として前記半導体チップを
用いて実行してもよい。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。以下の図面においては、簡単さ
のために、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一
の参照符号で示す。 （第１の実施形態）図１から図３Ｃを参照しながら、本
発明による第１の実施形態を説明する。図１（ａ）は、
本実施形態にかかる半導体装置の模式的に示す断面図で
あり、図１（ｂ）は、その半導体装置の一部を省略して
示す斜視図である。

【００２８】図示された半導体装置は、半導体素子１０
と、複数の素子電極１１が配列された半導体素子１０の
主面上に形成された第１弾性体層２０および第２弾性体
層２１と、第２弾性体層２１上に形成された金属配線パ
ターン３３とを有している。金属配線パターン３３は、
素子電極１１に電気的に接続されているパット３０と、
パット３０から延長された金属配線３１と、金属配線３
１の一部として形成され外部端子として機能するランド
３２とから構成されている。ランド３２の上には、外部
電極端子として機能する金属ボール４０が接合されてお
り、ランド３２を露出させるように金属配線パターン３
３の上にソルダーレジスト膜５０が形成されている。

【００２９】半導体素子１０は、例えば半導体チップで
あり、トランジスタ等を含む半導体集積回路部（不図
示）を備えている。半導体素子１０の半導体集積回路部
を保護するために半導体素子１０の主面にはパッシベー
ション膜１６が形成されていることが好ましい。半導体
素子１０の半導体集積回路部は、素子電極１１に電気的
に接続されており、素子電極１１は半導体素子１０の主
面に配列されている。本実施形態では、半導体素子１０
における主面の外周部に素子電極１１が配列されてい
る。

【００３０】なお、本実施形態では半導体素子１０とし
て半導体チップを用いているが、半導体チップに分離す
る前の半導体ウエハを用いてもよい。素子電極１１は半
導体素子１０における主面の外周部の全ての辺に設けら
れている必要はない。また、素子電極１１は半導体素子
１０における主面の中央部に設けてもよい。

【００３１】図２は、素子電極１１の周辺部分を拡大し
て示している。図２に示すように、素子電極１１は、そ
の上にバリアメタル１２を有している。バリアメタル１
２は、例えば耐メッキ液性を有しており、例えばメッキ
工程の際に素子電極１１をメッキ液に溶解させないよう
に機能する。例えばアルカリ耐性を有するＮｉからなる
バリアメタルは、例えばアルカリ可溶のＡｌからなるか
ら素子電極を保護することができる。バリアメタルを構
成する材料としては、Ｎｉの他に、Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｕ、
Ａｇ、Ｐｔ等を用いることができる。バリアメタル１２
の厚さが薄いとバリアメタル１２がポーラスになる場合
があるので、薬品浸透性の観点から、バリアメタル１２
の高さは、例えば３〜７μｍ程度、好ましくは５μｍ程
度にする。半導体素子１０の主面にパッシベーション膜
１６が形成されているときには、耐湿性の向上のため
に、パッシベーション膜１６は、素子電極１１における
上面の周辺部１１ｂを覆っていることが好ましい。

【００３２】パッシベーション膜１６には、素子電極１
１における上面の中央部１１ａを露出させる開口部１６
ａが形成されており、この開口部１６ａにバリアメタル
１２が充填される。バリアメタル１２の充填は、パッシ
ベーション膜１６の上面を覆うように行われることが好
ましい。その理由は、バリアメタル１２と素子電極１１
との密着性は優れているけれども、バリアメタル１２と
パッシベーション膜１６との密着性は劣るため、パッシ
ベーション膜１６の上面を覆うようにバリアメタル１２
を充填することによって、パッシベーション膜１６の開
口部の側面１６ｂとバリアメタル１２との間からメッキ
液が侵入するのを防止することができるからである。

【００３３】また、図３Ａに示すように、素子電極１１
はその上に樹脂層１７を備えていてもよい。樹脂層１７
は、例えば、素子電極１１の中央部１１ａを露出させ、
かつ素子電極１１の周辺部１１ｂを覆うように形成され
ている。樹脂層１７を形成する目的は、隣接する素子電
極１１の間隔を実質的に広げることである。

【００３４】図３Ｂに示すように、樹脂層１７を形成し
ない場合、パッシベーション膜１６上面を覆うようにバ
リアメタル１２が形成されると、或る素子電極１１にお
けるパッシベーション膜１６の開口部の一端１６ｃか
ら、隣接する素子電極１１におけるパッシベーション膜
１６の開口部の一端１６ｄまでの間隔Ｇ１よりも、隣接
するバリアメタル１２の一端１２ａおよび１２ｂの間隔
Ｇ２の方が狭くなる。一方、図３Ｃに示すように、樹脂
層１７を形成した場合、隣接するバリアメタル１２の一
端１２ａおよび１２ｂの間隔Ｇ３は、間隔Ｇ２よりも広
くなる。また、間隔Ｇ１よりも広くすることも可能とな
る。従って、樹脂層１７を形成すると、隣接するバリア
メタル１２の一端１２ａおよび１２ｂの間隔を広げるこ
とができるため、ピッチ間隔の狭い素子電極を有する半
導体素子に対しても好適に適用可能な半導体装置を提供
することができる。

【００３５】樹脂層１７は、絶縁性を有していればよ
く、例えばエポキシ等の材料から構成されている。樹脂
層１７の厚さは、例えば１〜１０μｍ程度、好ましくは
３〜７μｍ程度である。樹脂層１７は、パッシベーショ
ン膜１６上に形成されていてもよい。樹脂層１７が素子
電極１１上に形成されている場合、バリアメタル１２
は、素子電極１１の中央部１１ａを露出させる樹脂層１
７の開口部１７ａに充填される。

【００３６】再び図１を参照する。素子電極１１が配列
されている半導体素子１０の主面上には、第１弾性体層
２０が形成されている。第１弾性体層２０は、絶縁性の
弾性材料から構成されており、バリアメタル１２を露出
させる第１開口部２４を有している。第１弾性体層２０
は、例えば、エステル結合型ポリイミドやアクリレート
系エポキシ等の高分子材料から構成されている。ただ
し、絶縁性を有し低弾性率を示す材料から構成されてい
れば特に材料に限定はされない。低弾性率を示す材料か
ら第１弾性体層を形成することによって、半導体素子１
０と半導体装置を実装した配線基板との間の熱膨張係数
の違いに起因して生じる熱応力を防止・抑制することが
できる。

【００３７】具体的には、第１弾性体層２０の厚さは、
例えば５〜１５０μｍ程度、好ましくは１０〜７０μｍ
程度の範囲内にある。第１弾性体層２０の弾性率（ヤン
グ率）は、例えば１０〜２０００ｋｇ／ｍｍ²の範囲
内、好ましくは１０〜１０００ｋｇ／ｍｍ²の範囲内、
さらに好ましくは１００〜７００ｋｇ／ｍｍ²の範囲内
にある。また、第１弾性体層２０の線膨張率は、例えば
５〜２００ｐｐｍ／℃の範囲内、好ましくは１０〜１０
０ｐｐｍ／℃の範囲内、さらに好ましくは１００〜６０
ｐｐｍ／℃の範囲内にある。第１弾性体層２０の線膨張
率と弾性率（ヤング率）との積は、例えば５０〜２００
０００（ｋｇ／ｍｍ²）・（ｐｐｍ／℃）の範囲内、好
ましくは１００〜１０００００（ｋｇ／ｍｍ²）・（ｐ
ｐｍ／℃）の範囲内、さらに好ましくは１０００〜４２
０００（ｋｇ／ｍｍ²）・（ｐｐｍ／℃）の範囲内にあ
る。これらの第１弾性体層２０についての条件は第２弾
性体層２１にも適用され得る。

【００３８】第１弾性体層２０の上には、第２弾性体層
２１が設けられている。第２弾性体層２１は、第１弾性
体層２０と第１開口部２４とによって形成される段差部
２５、およびバリアメタル１２を覆うように半導体素子
１０の主面上に形成されており、バリアメタル１２の少
なくとも一部を露出させる第２開口部２６を有してい
る。 第２弾性体層２１が第１弾性体層２０の段差部２
５を覆っていることによって、段差部２５上の第２弾性
体層２１の断面形状が鋭角部分のない滑らかな形状にな
るため、段差部２５上方に位置する金属配線３１の断線
を防止することができる。第１弾性体層２０の段差部２
５を効果的に覆うために、第１弾性体層２０の厚さが例
えば３０〜７０μｍ程度のとき、第２弾性体層２１の厚
さは１０〜３０μｍ程度にすることが好ましい。また、
金属配線３１の断線を防止するため、第１弾性体層２０
の段差部２５は、第１弾性体層２０の第１開口部２５を
規定する側面と第１弾性体層２０の上面とが鈍角（例え
ば、１００〜１５０度程度）をなすように形成されてい
ることが好ましい。

【００３９】第２弾性体層２１の第２開口部２６は、カ
バレッジの観点およびメッキ液の侵入防止の観点から、
バリアメタル１２の中央部を露出させるように形成され
ていることが好ましい。また、金属配線３１の断線を防
止するために、第２弾性体層２１の第２開口部２６を規
定する側面と第２弾性体層２１の上面とが鈍角（例え
ば、９５〜１５０度程度）をなすように第２開口部２６
は形成されていることが望ましい。

【００４０】なお、第２弾性体層２１は、第１弾性体層
２０と同一の材料から構成されていてもよいし、異なる
材料から構成されていてもよい。同一材料から構成され
ている場合には、第１弾性体層２０と第２弾性体層２１
との界面に熱応力が発生することを防止することができ
る。

【００４１】第２弾性体層２１上には、金属配線パター
ン３３が形成されている。金属配線パターン３３のパッ
ト３０は、第２開口部２６内においてバリアメタル１２
と電気的に接続されている。パット３０からは金属配線
３１が延長されている。金属配線３１は、第２開口部２
６の側面および第２弾性体層２１の上面の上に形成され
ており、金属配線３１の一端はパット３０に接続され、
他端は第２弾性体層２１上に形成されたランド３０に接
続されている。ランド３２は、半導体素子１０内の半導
体素子と外部機器との間に流れる信号を入出力するため
の外部電極として機能する。パット３０、金属配線３１
およびランド３２は、例えば、同一の金属層から形成さ
れている。

【００４２】第２弾性体層２１上には、金属配線パター
ン３３を保護するソルダーレジスト膜５０が形成されて
いる。ソルダーレジスト膜５０は、ランド３２の少なく
とも一部を露出させる開口部２９を有しており、開口部
２９内で露出しているランド３２上には、外部電極端子
として機能する金属ボール４０が接合されている。金属
ボール４０は、例えば、半田、半田メッキされた銅、ニ
ッケル等から構成されている。

【００４３】本実施形態の半導体装置によれば、第２弾
性体層２１上に金属配線３１が形成されている。このた
め、プリント基板等の配線基板の上に半導体装置が実装
される際に、半導体装置の加熱・冷却に伴って生じる熱
応力などの応力が金属配線３１に印加されても、この応
力を第２弾性体層２１によって緩和することができる。
その結果、金属配線３１の断線を防止することができ、
信頼性の優れた半導体装置を実現することができる。

【００４４】また、半導体素子１０の主面上に形成され
た第１弾性体層２０の段差部２５を覆うように第２弾性
体層２１が形成されているため、段差部２５の上方での
金属配線３１の断線が発生しにくく、また金属配線３１
の形成を容易にすることができる。

【００４５】さらに、外部電極となるランド３２が二次
元的に半導体素子１０の主面の上方に配置されているた
め、狭い面積に多数の外部電極を設けることができ、加
えてパット３０とランド３２との間をパターン形成可能
な金属配線３１によって接続しているため、小型で薄型
であり多ピン化に対応可能な半導体装置を実現すること
ができる。しかも、半導体素子１０上の素子電極１１と
外部電極（ランド３２）との間に従来のような部分リー
ドを設けるのではなく、エッチング等によってパターニ
ングが可能な金属配線３１によって素子電極１１と外部
電極とを接続するものであるため、微細加工に適し、多
ピン化に対応可能な半導体装置を実現できる。その結
果、半導体装置を利用する情報通信機器、事務用電子機
器等の小型化を図ることができる。

【００４６】加えて、金属配線３１につながるランド３
２の上に外部電極端子となる金属ボール４０が設けられ
ているため、プリント基板等の配線基板に半導体装置を
実装する工程を極めて簡易かつ迅速に行なうことができ
る。実装後においても金属ボール４０から発生する熱応
力を第２弾性体層２１によって吸収することができる。

【００４７】次に、図４（ａ）〜（ｆ）および図５
（ａ）〜（ｅ）を参照しながら、本実施形態にかかる半
導体装置の製造方法を説明する。

【００４８】まず、図４（ａ）に示すように、素子電極
１１が配列された主面を有する半導体素子１０を用意
し、その主面上に感光性を有する弾性材料１８（厚さ：
１００μｍ程度）を塗布し、その後乾燥する。弾性材料
１８は、絶縁性を有し低弾性率を示す材料であればよ
い。弾性材料１８として、例えばエステル結合型ポリイ
ミドやアクリレート系エポキシ等の高分子材料を用いる
ことができる。半導体装置を配線基板に実装したときに
半導体装置に加わる熱応力を軽減するために、弾性材料
１８の厚さは、塗布工程以降の工程に支障のない範囲で
厚い方が良い。例えば５００μｍ程度でも、１０００μ
ｍ程度でもよい。

【００４９】半導体素子１０の主面のうち素子電極１１
が配列されている領域以外の部分は、パッシベーション
膜１６によって覆われていることが好ましい。この場
合、耐湿性を向上させるため、素子電極１１における上
面の周辺部を覆うようにパッシベーション膜１６を形成
することが望ましい。

【００５０】次に、図４（ｂ）に示すように、弾性材料
１８に対して露光と現像とを順次行うことによって素子
電極１１を露出させる第１開口部２４を形成し、それに
よって弾性材料１８から第１弾性体層２０を形成する。
第１開口部２４を形成する際に、露光工程において平行
光ではなく例えば拡散光（散乱光を含む）を使用する。
拡散光を使用することによって、第１開口部２４の側面
２２と第１弾性体層２０の上面とが鈍角（例えば、１０
０〜１５０度程度）をなすように第１開口部２４を形成
することができる。

【００５１】なお、液状材料の弾性材料１８を塗布・乾
燥する場合に限らず、予め弾性材料をフィルム状に形成
して用いることもできる。この場合には、フィルム状の
弾性材料を半導体素子１０上に貼りあわせた後に、露光
と現像とを順次行って弾性材料に第１開口部２４を形成
し、それによって弾性材料から第１弾性体層２０を形成
する。また、感光性を有していない弾性材料を用いるこ
とも可能である。この場合、レーザーやプラズマを用い
る機械的な加工、またはエッチングなどの化学的な加工
によって第１開口部２４を形成すればよい。

【００５２】次に、図４（ｃ）に示すように、半導体素
子１０の主面上の素子電極１１上にバリアメタル１２を
形成する。バリアメタル１２は、例えば、アルカリ耐性
を有するＮｉ膜（厚さ：例えば５μｍ程度）からなり、
無電解めっき法を用いて形成される。

【００５３】図２に示すように半導体素子１０の主面上
にパッシベーション膜１６が形成されている場合には、
パッシベーション膜１６の開口部１６ａにバリアメタル
１２を充填する。バリアメタル１２の充填は、メッキ液
の侵入防止の観点から、パッシベーション膜１６の上面
を覆うように行うことが好ましい。

【００５４】また、図３Ａに示すように素子電極１１上
に樹脂層１７を形成した後に、バリアメタル１２を形成
してもよい。樹脂層１７の形成は、例えば、素子電極１
１を覆うように前記半導体素子１０の主面上に樹脂材料
を堆積した後、素子電極１１における上面の中央部１１
ａを露出させる開口部１７ａを樹脂材料に形成すること
によって行う。その後、樹脂層１７の開口部１７ａにバ
リアメタル１７を充填すればよい。樹脂層１７を形成す
る樹脂材料としては、絶縁性を有していればよく、例え
ば、エポキシを用いることができる。

【００５５】なお、バリアメタル１２の形成や樹脂層１
７の形成は、図４（ａ）によって示される弾性材料１８
を塗布する工程の前に、実行しても構わない。

【００５６】次に、図４（ｄ）に示すように、バリアメ
タル１２および第１弾性体層２０の段差部２５を覆うよ
うに半導体素子１０の主面上に弾性材料を堆積した後、
バリアメタル１２の少なくとも一部を露出させる第２開
口部２６を弾性材料に形成し、それによって弾性材料か
ら第２弾性体層２１を形成する。第２弾性体層２１の形
成は、第１弾性体層２０を形成する工程と同様の工程を
用いて行えばよい。

【００５７】第１弾性体層２０の段差部２５を効果的に
覆うため、第１弾性体層２０の厚さが例えば１００μｍ
程度であるとき、第２弾性体層２１の厚さは例えば３０
μｍ程度にすることが好ましい。なお、第２弾性体層２
１の形成には、第１弾性体層２０と同じ弾性材料を用い
てもよいし、異なる弾性材料を用いてもよい。

【００５８】第２開口部２６の形成は、金属配線３１の
断線を防止する観点から、第２弾性体層２１の第２開口
部２６を規定する側面と第２弾性体層２１の上面とが鈍
角（例えば、９５〜１５０度程度）をなすように実行さ
れることが好ましい。また、カバレッジの観点およびメ
ッキ液の侵入防止の観点から、バリアメタル１３の中央
部を露出させるように実行されることが望ましい。

【００５９】次に、図４（ｅ）に示すように、第２弾性
体層２１および素子電極１１の上に例えばＴｉ膜（厚
さ：例えば０．２μｍ程度）を堆積した後、Ｔｉ膜の上
にＣｕ膜（厚さ：０．５μｍ程度）を堆積することによ
って薄膜金属層１３を形成する。薄膜金属層１３の形成
は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法
または無電解めっき法を用いて行うことができる。薄膜
金属層１３の厚さは、被覆性（カバレッジ）の観点か
ら、例えば０．５〜１．０μｍの範囲内にする。

【００６０】次に、図４（ｆ）に示すように、薄膜金属
層１３の上にメッキレジスト膜１４を形成する。メッキ
レジスト膜１４の形成は、薄膜金属層１３上にポジ型感
光性レジストを塗布した後、このレジストのうち仕上げ
製品の所望のパターン部以外の部分を分解し、次いで所
望のパターン部を除去することによって行う。なお、ポ
ジ型感光性レジストに代えて、ネガ型感光性レジストを
用いてメッキレジスト膜１４を形成してもよい。

【００６１】次に、図５（ａ）に示すように、薄膜金属
層１３のうちメッキレジスト膜１４の形成されていない
部分の上に厚膜金属層１５を形成する。厚膜金属層１５
は、例えばＣｕ膜（厚さ：２０μｍ程度）からなり、電
解めっき法を用いて形成される。厚膜金属層１４の厚さ
は、配線抵抗の観点から、例えば１０〜４０μｍの範囲
内にする。その後、図５（ｂ）に示すように、メッキレ
ジスト膜１４を分解して除去する。

【００６２】次に、図５（ｃ）に示すように、薄膜金属
層１３と厚膜金属層１５とを溶解できるエッチング液
（例えば、Ｃｕ膜に対して塩化第二銅溶液、Ｔｉ膜に対
してＥＤＴＡ溶液）を用いて全面エッチングをし、それ
によって厚膜金属層１４よりも厚さの薄い薄膜金属層１
２を先行して除去する。このようにして、パット３０と
金属配線３１とランド３２とからなる金属配線パターン
３３を形成する。

【００６３】なお、メッキレジスト膜１４を除去した後
に、フォトリソグラフィ技術を用いて所望のパターン形
状を有するエッチングレジスト膜を形成し、このエッチ
ングレジスト膜によって厚膜金属層１５を保護してもよ
い。

【００６４】次に、図５（ｄ）に示すように、金属配線
パターン３３を覆うように第２弾性体層２１の上にソル
ダーレジストを塗布した後、ランド３２を露出する開口
部をソルダーレジストに形成し、それによってソルダー
レジスト膜５０を形成する。ソルダーレジスト膜５０の
開口部は、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて形成
すればよい。ソルダーレジスト膜５０を形成することに
よって、パット部３０と金属配線３１を溶融したはんだ
から保護することができる。

【００６５】次に、図５（ｅ）に示すように、はんだ、
はんだめっきされた銅、ニッケル等からなる金属ボール
４０をランド３２の上に搭載して、金属ボール４０とラ
ンド３２とを溶融接合する。このようにして、本実施形
態にかかる半導体装置を得ることができる。

【００６６】本実施形態では、第１弾性体層２０の段差
部２５を第２弾性体層２１によって覆うようにしている
ため、金属配線３１をパット３０を介してバリアメタル
１２になめらかにつながるように形成することができ、
その結果、金属配線３１の形成を容易にし、金属配線３
１の断線を生じさせないようにすることができる。

【００６７】また、バリアメタル１２が耐メッキ液性を
有している場合、素子電極１２をメッキ液に溶解させる
ことなく、金属配線パターン３３を形成することが可能
となる。

【００６８】なお、本実施形態では、半導体素子１０の
主面上に第１弾性体層２０および第２弾性体層２１を形
成したが、第１弾性体層２０と第２弾性体層２１との間
に他の層（例えば、絶縁層、弾性体層など）を形成する
ことも可能である。また、金属配線パターン３３の上に
他の層（例えば、絶縁層、弾性体層など）を形成した後
に、ソルダーレジスト膜５０を形成してもよい。

【００６９】また、本実施形態では薄膜金属層１３およ
び厚膜金属層１５を構成する材料としてＣｕを使用した
が、これに代えてＣｒ、Ｗ、Ｔｉ／Ｃｕ、Ｎｉ等を使用
してもよい。また、薄膜金属層１３と厚膜金属層１５と
をそれぞれ異なる金属材料により構成しておき、図５
（ｃ）に示すような最終的なエッチング工程では薄膜金
属層１３のみを選択的にエッチングするエッチャントを
用いてもよい。

【００７０】また、半導体ウエハを半導体チップに切り
離した後に、この半導体チップに第１弾性体層２０、第
２弾性体層２１、金属配線パターン３３、ソルダーレジ
スト膜５０、金属ボール４０などを形成するようにして
もよいし、半導体ウエハに第１弾性体層２０、第２弾性
体層２１、金属配線パターン３３、ソルダーレジスト膜
５０、金属ボール４０などを形成した後に、この半導体
ウエハを半導体チップに切り離してもよい。あるいは、
半導体ウエハに第１弾性体層２０、第２弾性体層２１、
金属配線パターン３３、ソルダーレジスト膜５０、金属
ボール４０などを形成する工程の途中のいずれかの工程
までを行なってから、この半導体ウエハを半導体チップ
に切り離し、その後、この半導体チップに対して残りの
工程を施すようにしてもよい。 （他の実施形態）上記の実施形態では、ランド３２の上
に外部電極端子として金属ボール４０を設けたが、これ
に代えてランド３２の上に突起電極を設けてもよい。突
起電極として、例えば、はんだクリームをランド３２上
に印刷、溶融することによって形成されたはんだバン
プ、溶融はんだ内にディップすることによって形成され
たはんだバンプ、無電解めっきによってランド３２上に
形成されたニッケル／金バンプなどを設けることができ
る。突起電極は、導電性を有し、かつソルダーレジスト
膜５０から突出していればよい。突起電極を設けること
によって、ランド３２の上に金属ボール４０を順次搭載
する手間の掛かる工程とが不要となるため、低コストの
半導体装置を実現することができる。

【００７１】また、ランド３２を外部電極端子として機
能させるランド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）型の構成
を採用してもよい。ＬＧＡ型の構成を採用した半導体装
置を配線基板上に実装する際には、配線基板の接続端子
の上にはんだクリームを塗布した後リフローさせるなど
の方法によって、ランド３２と配線基板上の接続端子と
の電気的な接続を容易に行なうことができる。ランド３
２を外部電極端子として用いることによって、金属ボー
ル４０を順次形成する工程や、突起電極を形成する工程
が不要となるため、極めてコストが低く、かつ実装高さ
の低い半導体装置を実現することができる。

【００７２】次に、本発明による更に他の実施形態を説
明する。本実施形態によれば、ウエハレベルで半導体装
置の検査を行うことができる。図６は、本実施形態にか
かる半導体装置の検査時におけるウエハ状態での半導体
装置の断面を模式的に示している。

【００７３】図６に示すように、電源・信号発生器や出
力信号検出器を備えた検査装置７０に電気的に接続され
ている検査ボード７１がウエハ状態の半導体装置６０の
上に配置されている。検査ボード７１は、半導体装置６
０の外部電極端子である金属ボール４０と電気的な接続
をするためのコンタクト端子７２を多数備えている。

【００７４】コンタクト端子７２は下方に向けた状態で
検査ボード７１に配置されており、コンタクト端子７２
と金属ボール４０とは相対向させるように位置合わせさ
れ、両者は加圧して接触されている。なお、検査ボード
７１内には、検査装置７０とコンタクト端子７２とを電
気的に接続するための配線（不図示）が設けられてい
る。

【００７５】本実施形態によれば、金属ボール４０の高
さおよびコンタクト端子７２の高さにばらつきがあって
も、緩衝剤としての機能する第１絶縁体層２０および第
２絶縁体層２１よってそのばらつきを吸収することがで
きる。その結果、金属ボール４０とコンタクト端子７２
とを確実に接触させることができ、ウエハレベルでの半
導体装置の検査を確実に行なうことができる。また、各
金属ボール４０の間隔は各素子電極１１の間隔よりも広
いため、検査ボード７１の配線（不図示）を形成するこ
とが容易になるという利点もある。

【００７６】本実施形態では、検査ボード７１上にメッ
キ法や印刷法によって形成したランド状のコンタクト端
子７２を用いて、コンタクト端子７２と金属ボール４０
とを接触させている。金属ボール４０とコンタクト端子
７２との接触をより確実にするために、コンタクト端子
７２と金属ボール４０との間に垂直方向のみに導電性を
有する導電性シートやスプリングプローブを介設しても
よい。

【００７７】さらに、半導体装置６０を所定の温度に加
熱することによって、バーンイン検査を行うことも可能
である。ただし、バーンイン検査などの高温での検査を
行なう場合、検査ボード７１には、半導体基板と熱膨張
係数の近いガラス基材やセラミック基材を用いることが
好ましい。

【００７８】なお、ウエハ状態の半導体基板を個々のチ
ップに切り離した後に金属配線や外部電極端子を設けた
状態で半導体装置の検査を行なってもよい。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、第１弾性体層を覆うよ
うに形成された第２弾性体層上に配線層が形成されてい
るため配線の断線を防止することができ、信頼性に優れ
た半導体装置を提供することが可能となる。また、本発
明によれば、信頼性に優れた半導体装置をより低い製造
コストで製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、第１の実施形態にかかる半導体装置
を模式的に示す断面図である。（ｂ）は、その半導体装
置の一部を省略した斜視図である。

【図２】第１の実施形態における半導体装置のうち素子
電極の周辺部分を示す拡大断面図である。

【図３Ａ】第１の実施形態における半導体装置のうち素
子電極の周辺部分を示す拡大断面図である。

【図３Ｂ】樹脂層１７が形成された半導体装置の実施形
態を説明するための断面図である。

【図３Ｃ】樹脂層１７が形成された半導体装置の実施形
態を説明するための断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｆ）は、第１の実施形態にかかる半
導体装置の製造方法を説明するための工程断面図であ
る。

【図５】（ａ）〜（ｅ）は、第１の実施形態にかかる半
導体装置の製造方法を説明するための工程断面図であ
る。

【図６】本発明の更に他の実施形態を説明するための半
導体装置の断面図である。

【図７】従来の半導体装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ 半導体基板 １１ 素子電極 １２ バリアメタル １３ 薄膜金属層 １４ メッキレジスト膜 １５ 厚膜金属層 １６ パッシベーション膜 １７ 樹脂層 ２０ 第１弾性体層 ２１ 第２弾性体層 ２３ 絶縁層の上面 ２４ 開口部 ２５ 段差部 ２６ 開口部 ２９ 開口部 ３０ パッド ３１ 金属配線 ３２ ランド（外部電極） ３３ 金属配線パターン ４０ 金属ボール ４１ 導電性突起 ５０ ソルダーレジスト膜（保護膜） ６０ 半導体装置 ６１ 検査ボード ６２ コンタクト端子 ７０ 検査装置 １００ 半導体装置 １０１ 半導体素子（半導体チップ） １０２ 配線回路シート １０３ 低弾性率層 １０４ 部分リード １０５ 素子電極 １０６ 外部電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 嘉文 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 (72)発明者 戒能 憲幸 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 (72)発明者 山岸 勝 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 (72)発明者 隈川 隆博 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 (72)発明者 渡瀬 和美 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 Ｆターム(参考） 5F033 HH07 JJ11 JJ18 KK07 KK08 KK11 KK13 KK14 MM01 MM05 MM13 NN12 PP06 PP15 PP19 PP27 PP28 QQ01 QQ37 RR22 RR27 TT03 VV07 XX19

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素子電極が配列された主面を有する半導
   体素子と、 前記半導体素子の前記素子電極上に形成されたバリアメ
   タルと、 前記半導体素子の前記主面上に形成され、前記バリアメ
   タルを露出させる第１開口部を有し、絶縁性の弾性材料
   からなる第１弾性体層と、 前記バリアメタルおよび前記第１弾性体層を覆うように
   前記半導体素子の前記主面上に形成され、前記バリアメ
   タルの少なくとも一部を露出させる第２開口部を有し、
   絶縁性の弾性材料からなる第２弾性体層と、 前記第２弾性体層上に形成され、前記第２開口部内にお
   いて前記バリアメタルと電気的に接続されている配線層
   と、 前記第２弾性体層上に形成され、前記配線層に電気的に
   接続されている外部電極とを備える半導体装置。
2. 【請求項２】 前記半導体素子の前記主面上に形成さ
   れ、前記素子電極の上面の中央部を露出させる開口部を
   有し、前記上面の周辺部を覆うパッシベーション膜をさ
   らに備え、 前記バリアメタルは、前記パッシベーション膜の前記開
   口部に充填されていることを特徴とする請求項１に記載
   の半導体装置。
3. 【請求項３】 前記バリアメタルは、前記パッシベーシ
   ョン膜の上面を覆うように前記パッシベーション膜の前
   記開口部に充填されていることを特徴とする請求項２に
   記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 前記素子電極を覆うように前記半導体素
   子の前記主面上に形成され、前記素子電極の上面の中央
   部を露出させる開口部を有し、前記素子電極の前記上面
   の周辺部を覆う樹脂層をさらに備え、 前記バリアメタルは、前記樹脂層の前記開口部に充填さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装
   置。
5. 【請求項５】 前記半導体素子の前記主面上に形成さ
   れ、前記素子電極の上面の中央部を露出させる開口部を
   有し、前記素子電極の前記上面の周辺部を覆うパッシベ
   ーション膜と、 前記素子電極および前記パッシベーションの上に形成さ
   れ、前記素子電極の前記上面の前記中央部の少なくとも
   一部を露出させる開口部を有する樹脂層とをさらに備
   え、 前記バリアメタルは、前記樹脂層の前記開口部に充填さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装
   置。
6. 【請求項６】 前記外部電極の少なくとも一部を露出さ
   せるように前記第２弾性体層上に形成され、導電性材料
   をはじく特性を有し、前記配線層を覆う保護膜と、 前記外部電極の上に形成された外部電極端子とをさらに
   備えていることを特徴とする請求項１から５の何れか一
   つに記載の半導体装置。
7. 【請求項７】 前記外部電極端子は、金属ボールから構
   成されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体
   装置。
8. 【請求項８】 素子電極が配置された主面を有する半導
   体素子を用意する工程と、 前記素子電極を露出させる第１開口部を有し、絶縁性の
   弾性材料からなる第１弾性体層を前記半導体素子の前記
   主面上に形成する工程と、 前記素子電極上にバリアメタルを形成する工程と、 前記バリアメタルおよび前記第１弾性体層を覆うように
   前記半導体素子の前記主面上に絶縁性の弾性材料を堆積
   する工程と、 前記バリアメタルの少なくとも一部を露出させる第２開
   口部を前記弾性材料に形成し、前記弾性材料から第２弾
   性体層を形成する工程と、 前記バリアメタルおよび前記第２弾性体層の上に金属膜
   を堆積する工程と、 前記金属膜をパターニングすることによって、一部が外
   部電極として機能する配線層を形成する工程と、 を包含することを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 【請求項９】 前記バリアメタルを形成する工程の前
   に、前記素子電極を覆うように前記半導体素子の前記主
   面上に樹脂を堆積する工程と、 前記素子電極の上面の中央部を露出させる開口部を前記
   樹脂に形成し、それによって前記素子電極の前記上面の
   周辺部を覆う樹脂層を前記樹脂から形成する工程とをさ
   らに包含し、 前記バリアメタルを形成する工程は、前記樹脂層の前記
   開口部に前記バリアメタルを充填する工程を含むことを
   特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記配線層を形成する工程は、 前記配線層を形成した後に、前記外部電極の少なくとも
    一部を露出させるように第２配線層を覆いかつ導電性材
    料をはじく特性を有する保護膜を前記第２弾性体層上に
    形成する工程と、 露出している前記外部電極の上に外部電極端子を形成す
    る工程とをさらに包含する請求項８または９に記載の半
    導体装置。
11. 【請求項１１】 前記外部電極端子を形成する工程は、
    前記外部電極の上に金属ボールを接合することによって
    実行されることを特徴とする請求項１０に記載の半導体
    装置。
12. 【請求項１２】 前記半導体素子として半導体ウエハを
    用いて前記半導体素子を用意する工程から前記配線層を
    形成する工程を実行し、その後、前記半導体ウエハを半
    導体チップ毎に分離する工程を実行することを特徴とす
    る請求項８から１１の何れか一つに記載の半導体装置の
    製造方法。
13. 【請求項１３】 前記配線層を形成する工程の前までに
    半導体ウエハを半導体チップ毎に切り離す工程を実行
    し、その後の工程を前記半導体素子として前記半導体チ
    ップを用いて実行することを特徴とする請求項８から１
    １の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法。