JP2002016198A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2002016198A
JP2002016198A JP2000333530A JP2000333530A JP2002016198A JP 2002016198 A JP2002016198 A JP 2002016198A JP 2000333530 A JP2000333530 A JP 2000333530A JP 2000333530 A JP2000333530 A JP 2000333530A JP 2002016198 A JP2002016198 A JP 2002016198A
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JP
Japan
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semiconductor device
insulating layer
stress relaxation
wiring
relaxation layer
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Pending
Application number
JP2000333530A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihide Yamaguchi
欣秀 山口
Hiroyuki Tenmyo
浩之 天明
Kosuke Inoue
康介 井上
Noriyuki Dairoku
範行 大録
Hiroyuki Hozoji
裕之 宝蔵寺
Madoka Minagawa
円 皆川
Shigeharu Tsunoda
重晴 角田
Naoya Isada
尚哉 諫田
Ichiro Anjo
一郎 安生
Asao Nishimura
朝雄 西村
Kenji Ujiie
健二 氏家
Akira Yajima
明 矢島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73201Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203Bump and layer connectors
    • H01L2224/73204Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device for flip chip connection which requires no under filling while disconnection of wiring is suppressed. SOLUTION: An insulating layer is formed on a circuit formation surface side of a semiconductor element while a metal wiring connected to the semiconductor element is formed on the insulating layer. Here, the characteristics of the insulating layer varies in thickness direction while the characteristics of the insulating layer on the semiconductor element side is close to that of the semiconductor element, and that of an electrode side is cross to that of a substrate on which they are mounted.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、フリップチップ接
続を目的とする半導体装置の構造および製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure and a manufacturing method of a semiconductor device for flip-chip connection.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の多くは積層構造となってお
り、各層の間には絶縁層が配置されている場合が多い。
この絶縁層には開口部が設けられており、その開口部を
通して、下層の端子と上層の端子とを接続する配線が形
成されている。
2. Description of the Related Art Many semiconductor devices have a laminated structure, and an insulating layer is often arranged between layers.
An opening is provided in this insulating layer, and a wiring for connecting a lower layer terminal and an upper layer terminal is formed through the opening.

【0003】絶縁層形成方法としては以下の方法が採用
されている。つまり、感光性絶縁材料を半導体装置上に
スピンコート法により塗布し、露光および現像を実施す
ることで絶縁層の開口部を形成する。また、下層の端子
と上層の端子とを接続する金属配線は、第二の感光性材
料を絶縁層上層に塗布し、これに対して露光および現像
を行うことでマスクを形成し、これとメッキ、スパッ
タ、CVD、蒸着等のプロセスを併用することで絶縁層
下層の端子と上層とをつなぐ金属配線を形成する。マス
クとして使用した感光性絶縁材料は不要となった後、こ
れを除去する。
The following method has been adopted as a method for forming an insulating layer. That is, a photosensitive insulating material is applied to a semiconductor device by a spin coating method, and exposure and development are performed to form openings in the insulating layer. The metal wiring connecting the lower layer terminal and the upper layer terminal is formed by applying a second photosensitive material to the upper layer of the insulating layer, exposing and developing the same, forming a mask, By using processes such as sputtering, CVD, and vapor deposition together, a metal wiring connecting the lower terminal of the insulating layer and the upper layer is formed. After the photosensitive insulating material used as the mask becomes unnecessary, it is removed.

【0004】以上の工程により、絶縁層の下層にある端
子と上層とを接続する配線が形成可能となる。このよう
な工程により形成された半導体装置の部分断面図を図3
1に示す。同図においては、アルミパッド7が絶縁層1
2下層の端子となっており、バンプパッド3が絶縁層上
層の端子となっている。そして半導体が形成されたウェ
ーハ9上に形成された絶縁層12は、アルミパッド7上
に開口部が設けられている。また、アルミパッド7か
ら、絶縁層12の上層のバンプパッド3まで、金属配線
11が形成されている。バンプパッド3にはバンプ10
が形成されている。なお、このようにアルミパッド7か
らバンプパッド3までの配線を形成することは再配線と
呼ばれている。また、この際の絶縁層12の厚さは金属
配線11の厚さとほぼ同等となっている。
[0004] Through the above steps, it is possible to form a wiring for connecting a terminal below the insulating layer to an upper layer. FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the semiconductor device formed by such a process.
1 is shown. In the figure, the aluminum pad 7 is the insulating layer 1
2 are the terminals in the lower layer, and the bump pads 3 are the terminals in the upper layer of the insulating layer. The insulating layer 12 formed on the wafer 9 on which the semiconductor is formed has an opening on the aluminum pad 7. Further, a metal wiring 11 is formed from the aluminum pad 7 to the bump pad 3 in the upper layer of the insulating layer 12. The bump 10 has a bump 10
Are formed. Forming the wiring from the aluminum pad 7 to the bump pad 3 in this manner is called rewiring. In this case, the thickness of the insulating layer 12 is substantially equal to the thickness of the metal wiring 11.

【0005】このような工程を経て製造された半導体装
置をプリント配線板のような回路基板上に実装して接続
する形態のひとつにフリップチップ接続がある。図32
はフリップチップ接続した半導体装置の断面図である。
半導体装置13と回路基板14との接続は、半導体装置
13の端子上に設けられたバンプ10が回路基板上で溶
融後に再度固体化することで実現されている。半導体装
置13と回路基板14との間隙は高剛性の樹脂で充填さ
れている。なお、この樹脂は、アンダーフィル15と呼
ばれ、接続部を補強する効果がある。アンダーフィルを
実施したフリップチップ接続の例として特開平11−1
11768号公報がある。
[0005] One form of connecting a semiconductor device manufactured through such a process by mounting it on a circuit board such as a printed wiring board is flip-chip connection. FIG.
1 is a cross-sectional view of a semiconductor device connected by flip chip bonding.
The connection between the semiconductor device 13 and the circuit board 14 is realized by the solidification of the bumps 10 provided on the terminals of the semiconductor device 13 after melting on the circuit board. The gap between the semiconductor device 13 and the circuit board 14 is filled with a highly rigid resin. Note that this resin is called an underfill 15 and has an effect of reinforcing the connection portion. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-1 / 1999 discloses an example of flip-chip connection with underfill.
No. 11,768.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術には、以下のような問題がある。
However, the above prior art has the following problems.

【0007】第一に半導体装置と回路基板との間隙への
樹脂の供給方法に難がある。つまり、隙間が一般的に
0.3mm以下である間隙に対して樹脂を供給する方法
として、毛細管現象を利用する方法がとられている。し
かし、アンダーフィル用の樹脂材料は、高粘度の液状樹
脂であるので、隙間に埋め込む時間がかかり、また空泡
が残存しやすい等の問題がある。
First, there is a problem in a method of supplying a resin to a gap between a semiconductor device and a circuit board. That is, as a method of supplying the resin to the gap having a gap of generally 0.3 mm or less, a method utilizing a capillary phenomenon is employed. However, since the resin material for underfill is a high-viscosity liquid resin, it has a problem that it takes a long time to bury the resin material in the gap and that air bubbles are likely to remain.

【0008】第二に半導体装置の取り外しに難がある。
つまり、回路基板に接続した半導体装置が不良品であっ
た場合、同半導体装置を回路基板上から取り外しても、
硬化したアンダーフィル材料が、取り外した後も回路基
板上に残留してしまうため、回路基板の再生が難しいと
いう問題が存在する。
Second, it is difficult to remove the semiconductor device.
In other words, if the semiconductor device connected to the circuit board is defective, even if the semiconductor device is removed from the circuit board,
Since the cured underfill material remains on the circuit board even after being removed, there is a problem that it is difficult to regenerate the circuit board.

【0009】第一および第二の問題点を解決するために
も、アンダーフィルを実施せずに、半導体装置を回路基
板に接続することが望ましい。しかしながら、アンダー
フィルは、完成した電気製品を使用する際の発熱等によ
る接続部に生じる歪みに起因する接続部の破壊を防止す
る目的で実施されており、実施しない場合には、半導体
装置の接続寿命が極端に短くなってしまうという問題が
生じる。
In order to solve the first and second problems, it is desirable to connect a semiconductor device to a circuit board without performing underfill. However, the underfill is performed for the purpose of preventing the destruction of the connection part due to the distortion generated in the connection part due to heat generation or the like when using the completed electric product. There is a problem that the life is extremely shortened.

【0010】本発明の目的は、アンダーフィルの不要な
フリップチップ接続を可能とする半導体装置を実現し、
その配線の断線を抑制することにある。
An object of the present invention is to realize a semiconductor device which enables flip-chip connection without underfill.
The object is to suppress disconnection of the wiring.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、特許請求の範囲の通りに構成するものであ
る。例えば、厚膜絶縁層の特性を厚さ方向で変化させ
る。例えば厚膜絶縁層の特性を半導体素子側では半導体
素子に近く、電極側ではこれらを搭載する基板の特性に
近くする。これにより、厚膜絶縁層上に形成した配線に
応力が集中しないようにして信頼性を向上させることが
できる。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is structured as claimed. For example, the characteristics of the thick insulating layer are changed in the thickness direction. For example, the characteristics of the thick-film insulating layer are closer to those of the semiconductor element on the semiconductor element side, and are closer to those of the substrate on which they are mounted on the electrode side. Thereby, the stress can be prevented from being concentrated on the wiring formed on the thick film insulating layer, and the reliability can be improved.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図を併用しつつ説明する。なお、全ての図において、同
一符号は同一部位を示しているため、重複する説明を省
いている場合があり、また説明を容易にするため各部の
寸法比を実際とは変えてある。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that, in all the drawings, the same reference numerals indicate the same parts, and thus duplicate description may be omitted, and the dimensional ratio of each part is changed from the actual one in order to facilitate the description.

【0013】まず、本実施例による半導体装置の構造に
ついて説明する。半導体装置は、ウェーハ単位で多数個
が一括して製造されるが、以下では説明を容易にするた
めに、その一部を取り出して説明する。図1に本実施例
の半導体装置13の部分断面図を示す。
First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be described. A large number of semiconductor devices are manufactured collectively for each wafer, but a part of them will be described below for ease of explanation. FIG. 1 shows a partial cross-sectional view of the semiconductor device 13 of the present embodiment.

【0014】半導体回路が形成されたウェーハ9とは、
半導体製造工程でいうところの前工程を終了したウェー
ハであり、多数個の半導体装置13に分割切断前のもの
である。各半導体装置13には外部用接続端子、例えば
アルミパッド7が形成されている。このアルミパッド7
は従来型の半導体装置13において、QFP(Quad
Flat Package)などの半導体パッケージ
におさめる場合に、金ワイヤ等を接続し、半導体パッケ
ージの外部端子との導通を実現するために使用されてい
る。半導体回路が形成された半導体装置13の表面は、
アルミパッド7上および多数個の半導体が形成されたウ
ェーハ9をチップ状の半導体装置13に切断する際の切
断部24およびその周辺を除き、保護膜8に覆われてい
る。この保護膜8には厚さ1乃至10マイクロメートル
程度の無機材料からなる絶縁樹脂単独あるいは有機材料
からなる絶縁樹脂を併用している。
The wafer 9 on which the semiconductor circuit is formed is:
This is a wafer that has been subjected to the pre-process in the semiconductor manufacturing process and has not been divided into a large number of semiconductor devices 13 before being cut. External connection terminals, for example, aluminum pads 7 are formed on each semiconductor device 13. This aluminum pad 7
In the conventional semiconductor device 13, QFP (Quad
It is used for connecting a gold wire or the like and realizing conduction with an external terminal of the semiconductor package when the semiconductor package is placed in a semiconductor package such as a flat package. The surface of the semiconductor device 13 on which the semiconductor circuit is formed,
Except for the cut portion 24 and its periphery when cutting the wafer 9 on the aluminum pad 7 and on which a large number of semiconductors are formed into chip-shaped semiconductor devices 13, the semiconductor device is covered with the protective film 8. For the protective film 8, an insulating resin made of an inorganic material having a thickness of about 1 to 10 micrometers is used alone or in combination with an insulating resin made of an organic material.

【0015】この保護膜8には厚さ1乃至10マイクロ
メートル程度の無機材料からなる絶縁膜を単独、あるい
は前記無機絶縁膜の上部に有機材料からなる有機絶縁膜
を積層した複合膜を使用している。この複合膜を使用す
る場合、該有機膜は感光性樹脂材料を使用することが望
ましい。本実施例で保護膜8の有機膜として好適な感光
性材料を例示すると、感光性ポリイミド、感光性ベンゾ
シクロブテン、感光性ポリベンズオキサゾールなどがあ
る。本実施例では、これに限らず保護膜として公知慣用
の無機材料、有機材料あるいはこれらの複合膜が使用で
きる。例えば無機膜としては、SiNやSiO2などが使用で
きる。
As the protective film 8, an insulating film made of an inorganic material having a thickness of about 1 to 10 micrometers is used alone, or a composite film obtained by laminating an organic insulating film made of an organic material on the inorganic insulating film is used. ing. When using this composite film, it is desirable to use a photosensitive resin material for the organic film. Examples of a photosensitive material suitable for the organic film of the protective film 8 in this embodiment include photosensitive polyimide, photosensitive benzocyclobutene, and photosensitive polybenzoxazole. In the present embodiment, not limited to this, a known and commonly used inorganic material, organic material, or a composite film thereof can be used as the protective film. For example, as the inorganic film, SiN or SiO2 can be used.

【0016】また、該有機膜は無機膜のほぼ全面を覆う
ように形成されていても勿論かまわないが、図33に示
されるようにアルミパッド7の近傍となる領域のみに形
成されていてもかまわないし、図34に示されるように
無機膜表面の任意の複数箇所のみに形成されていても構
わない。このように有機膜の領域を限定することによっ
て保護膜8の内部応力によるウェーハ9の反りが低減さ
れ、製造工程におけるハンドリングや露光時の焦点合わ
せなどの点で有利となる。なお本実施例では、アルミパ
ッド7の近傍の領域とは、アルミパッド7の端部から最
大距離1mmまでの領域を指している。なお、図33及
び図34ではアルミパッド7の周囲の有機膜は連続領域
に形成されているが、個々のアルミパッド毎にそれぞれ
独立した領域に形成しても構わない。具体的には、例え
ば図35のような領域となる。図33から図35のいず
れの形態を使用するかは、該有機膜に使用する感光性樹
脂のパターン精度、膜の内部応力、および該半導体装置
の素子特性を鑑みて決定する。ここで言う素子特性の一
例を挙げると、該半導体装置への応力作用により素子内
部の個々のアクティブセル(トランジスタ)におけるエ
ネルギー障壁の準位が変動したりすることを指してい
る。
The organic film may be formed so as to cover almost the entire surface of the inorganic film. Alternatively, as shown in FIG. 34, it may be formed only at arbitrary plural positions on the surface of the inorganic film. By limiting the region of the organic film in this manner, the warpage of the wafer 9 due to the internal stress of the protective film 8 is reduced, which is advantageous in handling in the manufacturing process, focusing during exposure, and the like. In this embodiment, the region near the aluminum pad 7 refers to a region having a maximum distance of 1 mm from the end of the aluminum pad 7. In FIGS. 33 and 34, the organic film around the aluminum pad 7 is formed in a continuous region, but may be formed in an independent region for each aluminum pad. Specifically, for example, the region is as shown in FIG. Which one of FIGS. 33 to 35 is used is determined in consideration of the pattern accuracy of the photosensitive resin used for the organic film, the internal stress of the film, and the element characteristics of the semiconductor device. An example of the element characteristics mentioned here indicates that the level of the energy barrier in each active cell (transistor) inside the element fluctuates due to stress acting on the semiconductor device.

【0017】保護膜8の上には厚さ35乃至150マイ
クロメートルの応力緩和層5が選択的に形成されてい
る。応力緩和層の膜厚は、半導体素子のサイズ、応力緩
和層の弾性率、半導体素子厚などにも依存していて一概
には断定できないが、一般的に使用される半導体素子厚
はおよそ150乃至750マイクロメートルであり、半
導体素子とその表面に形成される応力緩和層とからなる
バイメタルモデルで応力シミュレーション実験をおこな
ったところ、所要の応力緩和層膜厚は10乃至200マ
イクロメートルが望ましく、更に好ましくは35乃至1
50マイクロメートルであることがわかったため本実施
例はこの膜厚範囲で形成した。これは、半導体素子の厚
みに対して約1/20から1/5程度の厚みに相当す
る。膜厚が35マイクロメートルより小さくなると、所
望の応力緩和を得ることができず、また膜厚が150マ
イクロメートルを越えて厚くなると応力緩和層5自身が
持っている内部応力のためにウェーハの反りが発生し、
露光工程でのピントズレや配線形成工程などでのハンド
リング不具合などが発生し易くなり、生産性が低下する
という問題がある。応力緩和層5は、半導体ウェーハ9
より大幅に小さい弾性係数、例えば室温において0.1
GPaから10GPaの弾性係数を有する樹脂材料によ
り形成されている。この範囲の弾性係数を有する応力緩
和層であれば信頼性のある半導体装置を提供することが
できる。すなわち、0.1GPaを下回る弾性係数の応
力緩和層の場合、半導体素子そのものの重量を支えるこ
とが困難になって半導体装置として使用する際に特性が
安定しないという問題が生じやすい。一方、10GPa
を越える弾性係数の応力緩和層を使用すると、応力緩和
層5自身が持っている内部応力のためにウェーハの反り
が発生し、露光工程でのピントズレや配線形成工程など
でのハンドリング不具合などが発生し易くなり、さらに
はウェーハが割れるという不具合が発生する危険性すら
ある。応力緩和層5のエッジ部は傾斜を有しており、そ
の平均勾配は5乃至30%程度である。5%を下回る傾
斜角の場合、傾斜が長くなりすぎて所望の膜厚が得られ
ない。例えば、平均勾配3%の傾斜角で厚み100マイ
クロメートルとするためには、3ミリメートル超の水平
距離が必要となり左右のエッジ部をあわせるとほぼ7ミ
リメートルがなければ所望の膜厚が得られないことにな
る。一方、傾斜角が30%超の場合、水平距離の点では
問題がないが、逆に配線形成の際に十分なステップカバ
レッジが得られない危険性が高い。特にめっきレジスト
の付き回りや露光および現像の工程でのプロセスマージ
ンがなく、特別な技能または技術が必要となる。さらに
傾斜角が大きい場合には、いわゆる応力集中効果が作用
してそのエッジ部に応力が集中し、その結果としてエッ
ジ部で再配線用配線4の断線が発生しやすくなる傾向が
あらわれ、配線構造に特別な工夫が必要となる場合があ
る。図1の場合、応力緩和層5のエッジより500マイ
クロメートルの水平距離にて50マイクロメートルの膜
厚となっているため、平均勾配は10%である。再配線
用配線4は、銅などの導体で形成されており、アルミパ
ッド7と応力緩和層5表面の突起状電極、例えばバンプ
パッド3とを接続している。またバンプパッド3上は、
バンプパッド3の酸化を防止するための金めっき2を設
けてもよい。半導体装置13の表面はバンプパッド3お
よび多数個の半導体が形成されたウェーハ9を各半導体
装置13に切断する際の切断部24を除き、表面保護膜
6で覆われている。
On the protection film 8, a stress relaxation layer 5 having a thickness of 35 to 150 micrometers is selectively formed. Although the thickness of the stress relaxation layer depends on the size of the semiconductor element, the elastic modulus of the stress relaxation layer, the thickness of the semiconductor element, and the like, it cannot be unambiguously determined, but a generally used semiconductor element thickness is about 150 to When a stress simulation experiment was performed using a bimetal model composed of a semiconductor element and a stress relaxation layer formed on the surface of the semiconductor element, the required thickness of the stress relaxation layer was preferably 10 to 200 micrometers, and more preferably 750 micrometers. Is 35 to 1
Since the thickness was found to be 50 micrometers, this example was formed in this thickness range. This corresponds to a thickness of about 1/20 to 1/5 of the thickness of the semiconductor element. If the film thickness is smaller than 35 micrometers, the desired stress relaxation cannot be obtained. If the film thickness exceeds 150 micrometers, the warpage of the wafer occurs due to the internal stress of the stress relaxation layer 5 itself. Occurs,
There is a problem that out-of-focus in an exposure process, handling troubles in a wiring forming process, and the like are likely to occur, and productivity is reduced. The stress relaxation layer 5 is formed of a semiconductor wafer 9
A much lower modulus of elasticity, e.g.
It is formed of a resin material having an elastic coefficient of GPa to 10 GPa. If the stress relaxation layer has an elastic coefficient in this range, a reliable semiconductor device can be provided. That is, in the case of a stress relaxation layer having an elastic coefficient of less than 0.1 GPa, it is difficult to support the weight of the semiconductor element itself, and a problem that characteristics are not stable when used as a semiconductor device is likely to occur. On the other hand, 10GPa
When a stress relaxation layer having an elastic coefficient exceeding the above is used, the warpage of the wafer occurs due to the internal stress of the stress relaxation layer 5 itself, causing a focus shift in an exposure process, a handling failure in a wiring formation process, and the like. And there is even the danger that the wafer may be broken. The edge portion of the stress relaxation layer 5 has a slope, and the average slope is about 5 to 30%. If the inclination angle is less than 5%, the inclination becomes too long and a desired film thickness cannot be obtained. For example, in order to obtain a thickness of 100 micrometers with an average inclination of 3% and a thickness of 100 micrometers, a horizontal distance of more than 3 millimeters is required. Will be. On the other hand, when the inclination angle is more than 30%, there is no problem in terms of the horizontal distance, but on the contrary, there is a high risk that sufficient step coverage cannot be obtained when wiring is formed. In particular, there is no process margin in the steps of plating resist rotation and exposure and development, and special skills or techniques are required. Further, when the inclination angle is large, a so-called stress concentration effect acts to concentrate the stress on the edge portion, and as a result, disconnection of the rewiring wiring 4 tends to occur at the edge portion. May require special measures. In the case of FIG. 1, the average gradient is 10% because the thickness is 50 μm at a horizontal distance of 500 μm from the edge of the stress relaxation layer 5. The rewiring wiring 4 is formed of a conductor such as copper, and connects the aluminum pad 7 to a protruding electrode on the surface of the stress relaxation layer 5, for example, the bump pad 3. On the bump pad 3,
Gold plating 2 for preventing oxidation of the bump pad 3 may be provided. The surface of the semiconductor device 13 is covered with the surface protection film 6 except for a cut portion 24 when the wafer 9 on which the bump pads 3 and a large number of semiconductors are formed is cut into the respective semiconductor devices 13.

【0018】表面保護膜6で保護膜8および応力緩和層
5を完全に覆うことで封止しているため、半導体素子が
形成されたウェーハ9の表面から保護膜8および応力緩
和層5が剥離することを防止し、半導体の性能劣化を引
き起こすイオン等の異物の侵入をも軽減できる。また、
保護膜8、応力緩和層5、表面保護膜6は、いずれも切
断部24より後退しているため、半導体装置13を切断
分離する際に損傷を受けることがない。
Since the protective film 8 and the stress relieving layer 5 are completely covered with the surface protective film 6 for sealing, the protective film 8 and the stress relieving layer 5 are separated from the surface of the wafer 9 on which the semiconductor elements are formed. And the intrusion of foreign substances such as ions that cause deterioration of the performance of the semiconductor can be reduced. Also,
Since the protective film 8, the stress relieving layer 5, and the surface protective film 6 are all recessed from the cut portion 24, they are not damaged when the semiconductor device 13 is cut and separated.

【0019】表面保護膜6としては電気絶縁特性を有す
る各種樹脂材料を使用することが出来る。パターンを形
成する必要があるため感光性材料であることが望ましい
が、例えばインクジェットなどの高精度印刷に対応した
材料を用いて印刷で成膜しても構わない。その他、カー
テンコートなどの安価な塗布方法によって絶縁膜をベタ
形成した後にフォトリソグラフィプロセスを用いてエッ
チングレジストを形成してパターニングし、このレジス
トパターンを用いて上記絶縁膜をエッチング加工、レジ
スト剥離という工程を経て成膜してもよい。このような
材料として、本実施例では様々な材料が使用可能である
が、いくつか例示すると(1)感光性材料としてアクリ
ル変性感光性エポキシ樹脂、感光性ポリイミド樹脂、
(2)インクジェット印刷材料としてポリアミドイミド
樹脂、ポリイミド樹脂、(3)ベタ成膜用材料として変
性トリアゾール樹脂、変性メラミン樹脂、ポリイミド樹
脂などが好適に用いられる。感光性材料についてさらに
具体的に例示すると、安価な感光性樹脂材料としてプリ
ント基板製造工程で好適に使用されるソルダーレジスト
やフレキシブルプリント基板の表面カバーに用いられる
感光性ポリイミドなどが表面保護膜6として好適に利用
される。一方、ベタ成膜用材料としては、例えば東レ
(株)のフォトニースTMなどが好適である。なお本実
施例では、ソルダーレジストを用いた。バンプパッド3
上には、バンプ1が形成されている。このバンプ1は、
はんだ材料で形成するのが一般的である。ここでバンプ
1が外部接続端子となる。
As the surface protective film 6, various resin materials having electric insulating properties can be used. Since it is necessary to form a pattern, a photosensitive material is preferable, but a film may be formed by printing using a material compatible with high-precision printing, such as an inkjet method. In addition, after forming an insulating film solidly by an inexpensive coating method such as curtain coating, an etching resist is formed and patterned using a photolithography process, and using the resist pattern, the insulating film is etched and the resist is removed. May be formed. As such a material, various materials can be used in the present embodiment. Some examples thereof include (1) acrylic-modified photosensitive epoxy resin, photosensitive polyimide resin,
(2) Polyamide imide resin and polyimide resin are preferably used as ink jet printing materials, and (3) modified triazole resin, modified melamine resin, polyimide resin and the like are preferably used as solid film forming materials. More specifically, the photosensitive material may be, for example, a solder resist suitably used in a printed circuit board manufacturing process as an inexpensive photosensitive resin material, or a photosensitive polyimide used for a surface cover of a flexible printed circuit board. It is preferably used. On the other hand, as a solid film forming material, for example, Photo Nice TM of Toray Industries, Inc. is suitable. In this example, a solder resist was used. Bump pad 3
The bump 1 is formed thereon. This bump 1
Generally, it is formed of a solder material. Here, the bump 1 becomes an external connection terminal.

【0020】図2に図1で示した半導体装置13がウェ
ーハ上に連続的に形成されている状態を、本来は存在す
るバンプ1を省略した平面図で示した。図2においてハ
ッチングで示した部位が表面保護膜6であるソルダーレ
ジストである。また、応力緩和層5が角を丸めた長方形
状に形成されている状態で形成されおり、各半導体装置
13の間には各半導体装置13を分離する際の切りしろ
となる切断部24が存在する。切りしろは、例えば表面
保護膜6の端部から10乃至100マイクロメートルに
位置するのが望ましい。10マイクロメータより短いと
各半導体装置を分離する際にチッピングを誘発しやすく
なる傾向があり、逆に100マイクロメータより長くな
ると半導体素子として使用可能な有効面積が減少する。
従って、半導体装置13の歩留まり向上のために切りし
ろと表面保護層6との間隔を本実施例では10乃至10
0マイクロメータに位置させることが望ましい。なお、
再配線用配線4の一端の下層には図示されてはいないが
アルミパッド7が存在する。
FIG. 2 is a plan view showing a state in which the semiconductor device 13 shown in FIG. 1 is continuously formed on a wafer, from which the bumps 1 originally existing are omitted. In FIG. 2, a hatched portion is a solder resist that is the surface protective film 6. Further, the stress relaxation layer 5 is formed in a state of being formed in a rectangular shape with rounded corners, and there is a cut portion 24 between each semiconductor device 13 as a margin when separating each semiconductor device 13. I do. The cutting margin is desirably located, for example, 10 to 100 micrometers from the end of the surface protective film 6. If it is shorter than 10 micrometers, chipping tends to be induced when each semiconductor device is separated, while if it is longer than 100 micrometers, the effective area usable as a semiconductor element decreases.
Therefore, in order to improve the yield of the semiconductor device 13, the gap between the margin and the surface protection layer 6 is set to 10 to 10 in this embodiment.
It is desirable to be located at 0 micrometer. In addition,
Although not shown, an aluminum pad 7 exists below one end of the rewiring wire 4.

【0021】この半導体装置構造によれば、応力緩和層
5が再配線用配線4とウェーハ9間に存在するため、半
導体装置13が回路基板14上に接続され、それが動作
する際にバンプ1が受ける熱による歪みを分散させるこ
とが可能となる。このため、この半導体装置13を回路
基板14に搭載してもアンダーフィル15を実施するこ
となく接続寿命を延ばすことが可能となる。また、応力
緩和層5はなだらかな傾斜部を有しているため、再配線
用配線4の途中に応力集中部となる配線屈曲部は存在し
ない。
According to this semiconductor device structure, since the stress relieving layer 5 exists between the rewiring wiring 4 and the wafer 9, the semiconductor device 13 is connected on the circuit board 14, and the bump 1 It is possible to disperse the distortion caused by the heat applied to the substrate. Therefore, even when the semiconductor device 13 is mounted on the circuit board 14, the connection life can be extended without performing the underfill 15. Further, since the stress relieving layer 5 has a gentle slope, there is no wiring bent portion which becomes a stress concentration portion in the middle of the rewiring wiring 4.

【0022】本実施例における半導体装置13の製造工
程の一例を、図を用いて説明する。図3により第一工程
から第三工程までを、図4により第四工程から第六工程
を、図5により第七工程から第九工程を説明する。な
お、いずれの図においても、本実施例における半導体装
置13の断面構造がわかりやすいように、一部分を取り
出した断面図としてある。
An example of a manufacturing process of the semiconductor device 13 in this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 3 illustrates the first to third steps, FIG. 4 illustrates the fourth to sixth steps, and FIG. 5 illustrates the seventh to ninth steps. In each of the drawings, a part of the cross-sectional view is taken out so that the cross-sectional structure of the semiconductor device 13 in this embodiment can be easily understood.

【0023】第一工程:外部接続用のアルミパッド7が
形成済みである半導体が形成されたウェーハ9について
は、従来の半導体装置13と同じ工程にて製造する。本
実施例で使用した半導体装置では外部接続用パッドの材
質はアルミニウムであったが、外部接続パッドは銅であ
ってもかまわない。本実施例では外部接続としてワイヤ
ボンディングを使用しないため、外部接続パッドが銅の
場合に生じやすいボンディング性の問題を考慮する必要
がないからである。外部接続パッドが銅であれば配線の
電気抵抗を低減できるため、半導体素子の電気特性向上
の観点からも望ましい。
First step: The wafer 9 on which the semiconductor on which the aluminum pad 7 for external connection has been formed is formed in the same step as the conventional semiconductor device 13. In the semiconductor device used in this embodiment, the material of the external connection pad is aluminum, but the external connection pad may be copper. This is because in the present embodiment, wire bonding is not used as an external connection, so that it is not necessary to consider a bonding problem that is likely to occur when the external connection pad is made of copper. If the external connection pad is made of copper, the electric resistance of the wiring can be reduced, which is desirable from the viewpoint of improving the electric characteristics of the semiconductor element.

【0024】第二工程:必要に応じて、保護膜8を形成
する。保護膜8は、無機材料を用いて半導体製造工程に
おけるいわゆる前工程において既に形成される場合もあ
り、また、更に無機材料の上に有機材料を用いて重ねて
形成する場合もある。本実施例に於いては、半導体工程
におけるいわゆる前工程で形成された無機材料からなる
絶縁膜、例えばCVD法等で形成した窒化珪素、テトラ
エトキシシラン等によって形成された二酸化珪素、ある
いはそれらの複合膜からなる絶縁膜の上に、有機材料で
ある感光性ポリイミドを塗布し、これを感光、現像、硬
化することで厚さ6マイクロメートル程度の保護膜8を
形成している。これにより、半導体が形成されたウェー
ハ9上に保護膜8が形成される。本実施例では保護膜8
の膜厚を6マイクロメートルとしたが、所要膜厚は当該
半導体素子の種類によって異なっており、その範囲は1
乃至10マイクロメートル程度となる。なお、図13に
示しているように該有機膜は無機膜のほぼ全面を覆うよ
うに形成されていても勿論かまわないが、図33〜図3
5に示されるようにアルミパッド7の近傍となる領域の
みに形成されていてもかまわない。無機材料のみからな
る絶縁膜の場合、膜厚の範囲は3マイクロメートル以下
となる。また、本願実施例で使用した感光性ポリイミド
以外にも、ポリベンズオキサゾール、ポリベンゾシクロ
ブテン、ポリキノリン、ポリフォスファゼンなども使用
できる。
Second step: If necessary, a protective film 8 is formed. The protective film 8 may be already formed in a so-called pre-process in a semiconductor manufacturing process using an inorganic material, or may be further formed using an organic material on an inorganic material. In this embodiment, an insulating film made of an inorganic material formed in a so-called previous step in a semiconductor process, such as silicon nitride formed by a CVD method or the like, silicon dioxide formed by tetraethoxysilane, or a composite thereof A photosensitive polyimide, which is an organic material, is applied on an insulating film made of a film, and is exposed, developed, and cured to form a protective film 8 having a thickness of about 6 micrometers. Thereby, the protective film 8 is formed on the wafer 9 on which the semiconductor is formed. In this embodiment, the protective film 8 is used.
Was set to 6 micrometers, but the required film thickness differs depending on the type of the semiconductor element.
To about 10 micrometers. It is needless to say that the organic film may be formed so as to cover almost the entire surface of the inorganic film as shown in FIG.
5, it may be formed only in a region near the aluminum pad 7. In the case of an insulating film made of only an inorganic material, the thickness range is 3 micrometers or less. In addition to the photosensitive polyimide used in the examples of the present application, polybenzoxazole, polybenzocyclobutene, polyquinoline, polyphosphazene, and the like can also be used.

【0025】第三工程:ペースト状ポリイミド材料を応
力緩和層5の形成予定箇所に印刷塗布し、その後これを
加熱することで硬化させる。これにより保護膜8上に応
力緩和層5が形成される。
Third step: A paste-like polyimide material is printed and applied to a place where the stress relaxation layer 5 is to be formed, and then cured by heating. Thereby, the stress relaxation layer 5 is formed on the protective film 8.

【0026】第四工程:電気めっきに用いるための給電
膜16をスパッタ等の方法で形成した後に、配線の逆パ
ターン17をフォトレジストを用いて形成する。
Fourth step: After forming a power supply film 16 for use in electroplating by a method such as sputtering, a reverse pattern 17 of wiring is formed using a photoresist.

【0027】第五工程:この給電膜16および配線の逆
パターン17を利用して電気めっきを行い、再配線用配
線4およびバンプパッド3の形成を行う。また、必要に
応じて電気めっきを繰り返すことで再配線用配線4を多
層構造とする。
Fifth step: Electroplating is performed using the power supply film 16 and the reverse pattern 17 of the wiring to form the wiring 4 for rewiring and the bump pad 3. Further, by repeating electroplating as necessary, the wiring 4 for rewiring has a multilayer structure.

【0028】第六工程:フォトレジストからなる配線の
逆パターン17および電気めっきの給電膜16をエッチ
ング処理により除去する。
Sixth step: The reverse pattern 17 of the wiring made of photoresist and the power supply film 16 for electroplating are removed by etching.

【0029】第七工程:ソルダーレジストを用いて表面
保護膜6を形成する。そして、このパターンを利用して
バンプパッド3の最表面に無電解金めっき2を行う。
Seventh step: A surface protective film 6 is formed using a solder resist. Then, electroless gold plating 2 is performed on the outermost surface of the bump pad 3 using this pattern.

【0030】第八工程:バンプパッド3上にフラックス
と共にはんだボールを搭載し、加熱することでバンプパ
ッド3にはんだボールを接続し、バンプ1を形成する。
Eighth step: A solder ball is mounted on the bump pad 3 together with the flux, and the solder ball is connected to the bump pad 3 by heating to form the bump 1.

【0031】第九工程:半導体が形成されたウェーハ9
をウェーハダイシング技術により半導体装置13に切断
する。
Ninth step: Wafer 9 on which semiconductor is formed
Is cut into semiconductor devices 13 by a wafer dicing technique.

【0032】以下では、上記の第三工程から第八工程ま
でについて詳細に説明する。
Hereinafter, the third to eighth steps will be described in detail.

【0033】まず、第三工程について説明する。印刷に
使用するマスクは、プリント配線板に対するはんだペー
スト印刷などで使用する印刷用マスクと同じ構造のもの
が使用可能である。例えば、図6に示すように、ニッケ
ル合金製のステンシル25を、樹脂シート26を介して
枠27に貼り付けた形態のメタルマスクを使うことが出
来る。印刷用マスクのパターン開口部28は、50マイ
クロメートル程度は印刷後にペーストが濡れ広がるた
め、それを見込んだ分、小さめに製作するようにしても
よい。図7に示すように、ペースト印刷は、印刷用マス
クと半導体が形成されたウェーハ9のパターンとを位置
合わせした状態で密着させ、その状態でスキージがステ
ンシル25上を移動することで、パターン開口部28を
充填し、その後、印刷用マスクを半導体が形成されたウ
ェーハ9に対して相対的に上昇させることで、印刷をす
るいわゆるコンタクト印刷をおこなう。なお、ここで言
うウェーハと印刷用マスクの密着は、両者の間に隙間を
全くなくすることを必ずしも意味しない。ウェーハ上に
は既に保護膜8が部分的に形成されているため、この上
に印刷マスクを隙間なく密着させることは実用上困難な
ためである。本実施例では、ウェーハと印刷用マスクと
の間の隙間が0〜100マイクロメータとなるような印
刷条件で印刷した。このほかにも、第一スキージで印刷
用マスクのスキージ面全体をペーストでコーティング
し、その後、第二スキージで印刷用マスクのパターン開
口部28を充填し、かつ余分なペーストを除去する。そ
の後、印刷用マスクを半導体が形成されたウェーハ9に
対して相対的に上昇させる印刷方法もある。図8に示す
ように、印刷マスクをウェーハ9に対して相対的に上昇
させる際、垂直に上昇させてもかまわないが、相対的に
傾斜角を持つように動かしながら上昇させても良い。傾
斜角を持たせることによって、印刷マスクがウェーハか
ら離れる場合の版離れ角がウェーハ面内で均一になりや
すい。また、印刷マスクはウェーハの一方の端から他方
の端へ向かって離れていくことになり、版抜けが不安定
になりやすい版離れの最後の瞬間は半導体装置のない領
域で行われることになって歩留り向上の点でも有利とな
る。さらに、同一の印刷機を用いて複数枚ウェーハに連
続的印刷を行なう場合には、適宜のタイミングでマスク
版の裏側を拭きとる工程を挿入すると良い。例えば、本
実施例では10枚連続印刷すると1回マスク版の裏側の
清掃を行ない、しかる後に11枚目の印刷を行なった。
マスク裏側の清掃のタイミング、回数、その方法はペー
スト材料の粘度や固形分濃度、フィラー量などによって
適宜調節が必要となる。
First, the third step will be described. As a mask used for printing, a mask having the same structure as a printing mask used for solder paste printing on a printed wiring board can be used. For example, as shown in FIG. 6, a metal mask in which a stencil 25 made of a nickel alloy is attached to a frame 27 via a resin sheet 26 can be used. The pattern opening 28 of the printing mask may be made smaller by about 50 μm because the paste spreads after printing by about 50 μm. As shown in FIG. 7, in paste printing, the printing mask and the pattern of the wafer 9 on which the semiconductor is formed are brought into close contact with each other in an aligned state, and the squeegee moves on the stencil 25 in this state, so that the pattern opening is performed. After filling the portion 28 and then raising the printing mask relative to the wafer 9 on which the semiconductor is formed, so-called contact printing for printing is performed. Here, the close contact between the wafer and the printing mask does not necessarily mean that there is no gap between them. This is because, since the protective film 8 is already partially formed on the wafer, it is practically difficult to bring the print mask into close contact therewith without any gap. In this example, printing was performed under printing conditions such that the gap between the wafer and the printing mask was 0 to 100 micrometers. In addition, the entire squeegee surface of the printing mask is coated with a paste using a first squeegee, and then the pattern openings 28 of the printing mask are filled with a second squeegee, and excess paste is removed. Thereafter, there is also a printing method in which the printing mask is raised relatively to the wafer 9 on which the semiconductor is formed. As shown in FIG. 8, when the print mask is raised relatively to the wafer 9, the print mask may be raised vertically, but may be moved while having a relatively inclined angle. By providing an inclination angle, the plate separation angle when the print mask is separated from the wafer tends to be uniform in the wafer surface. In addition, the print mask moves away from one end of the wafer toward the other end, and the last moment of plate separation where plate skipping tends to be unstable is performed in an area without semiconductor devices. This is also advantageous in terms of yield improvement. Further, when performing continuous printing on a plurality of wafers using the same printing machine, a step of wiping the back side of the mask plate at an appropriate timing may be inserted. For example, in the present embodiment, the back side of the mask plate was cleaned once when ten sheets were continuously printed, and then the eleventh sheet was printed.
The timing, number of times and method of cleaning the back side of the mask need to be appropriately adjusted depending on the viscosity of the paste material, the solid content concentration, the amount of the filler, and the like.

【0034】引き続きペーストが印刷塗布された半導体
が形成されたウェーハ9をホットプレートや加熱炉を用
いて段階的に加熱することでペーストが硬化し、応力緩
和層5の形成が完了する。
Subsequently, the wafer 9 on which the semiconductor on which the paste is printed and applied is gradually heated using a hot plate or a heating furnace, whereby the paste is hardened, and the formation of the stress relaxation layer 5 is completed.

【0035】ここで使用している応力緩和層5の形成用
の材料は、ペースト状のポリイミドであり、保護膜8の
上に印刷塗布された後に加熱することで硬化することが
出来る。また、このペースト状のポリイミドは、ポリイ
ミドの前駆体と溶媒およびその中に分散した多数のポリ
イミドの微小粒子からなっている。微粒子としては、具
体的には平均粒径1乃至2マイクロメートルであり、最
大粒径が約10マイクロメートルとなる粒度分布を有す
る微小粒子を使用した。本実施例に用いられているポリ
イミドの前駆体は、硬化するとポリイミドの微小粒子と
同一材料となるので、ペースト状のポリイミドが硬化し
た際には、一種類の材料からなる均一な応力緩和層5が
形成されることとなる。本実施例では、応力緩和層形成
材料としてポリイミドを用いたが、本実施例ではポリイ
ミド以外にアミドイミド樹脂、エステルイミド樹脂、エ
ーテルイミド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポ
リエステル樹脂、これらを変性した樹脂などを用いるこ
とも可能である。ポリイミド以外の樹脂を使用する場合
には、上記ポリイミド微小粒子表面に相溶性を付与する
処理を施すか、あるいは、上記ポリイミド微小粒子との
親和性を向上するように樹脂組成に変成を施すことが望
ましい。上記列挙した樹脂のうち、イミド結合を有する
樹脂、例えばポリイミド、アミドイミド、エステルイミ
ド、エーテルイミド等では、イミド結合による強固な骨
格のおかげで熱機械的特性、例えば高温での強度などに
優れ、その結果として、配線のためのめっき給電膜形成
方法の撰択肢が広がる。例えば、スパッタなどの高温処
理を伴うめっき給電膜形成方法を選択できる。シリコー
ン樹脂やアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アミドイミ
ド、エステルイミド、エーテルイミドなどイミド結合以
外の結合で縮合した部分がある樹脂の場合、熱機械特性
は若干劣るものの加工性や樹脂価格などの点で有利な場
合がある。例えば、ポリエステルイミド樹脂では、一般
にポリイミドよりも硬化温度が低いため扱いやすい。本
実施例では、これらの樹脂の中から素子特性、価格、熱
機械特性などを総合的に勘案してこれらの樹脂を適宜使
い分ける。
The material for forming the stress relaxation layer 5 used here is a paste-like polyimide, which can be cured by heating after being printed and applied on the protective film 8. The paste-like polyimide is composed of a polyimide precursor, a solvent, and a large number of polyimide fine particles dispersed therein. As the fine particles, specifically, fine particles having an average particle size of 1 to 2 micrometers and a particle size distribution with a maximum particle size of about 10 micrometers were used. The polyimide precursor used in this embodiment becomes the same material as the polyimide microparticles when cured, so that when the paste-like polyimide is cured, a uniform stress relaxation layer 5 made of one kind of material is used. Is formed. In this embodiment, polyimide is used as the material for forming the stress relaxation layer, but in this embodiment, besides polyimide, amide imide resin, ester imide resin, ether imide resin, silicone resin, acrylic resin, polyester resin, resin modified from these, etc. It is also possible to use. When a resin other than polyimide is used, a treatment for imparting compatibility to the surface of the polyimide microparticles may be performed, or a resin composition may be modified so as to improve affinity with the polyimide microparticles. desirable. Among the above-listed resins, resins having an imide bond, for example, polyimide, amide imide, ester imide, ether imide, etc., have excellent thermomechanical properties, such as high-temperature strength, due to the strong skeleton by the imide bond. As a result, options for forming a plating power supply film for wiring are widened. For example, a plating power supply film forming method involving high-temperature processing such as sputtering can be selected. In the case of silicone resin, acrylic resin, polyester resin, amide imide, ester imide, ether imide and other resins that have a portion condensed by a bond other than an imide bond, thermomechanical properties are slightly inferior, but they are advantageous in terms of processability and resin price. There are cases. For example, polyesterimide resin is generally easier to handle because it has a lower curing temperature than polyimide. In the present embodiment, these resins are appropriately used in consideration of device characteristics, price, thermo-mechanical characteristics, and the like from among these resins.

【0036】ペースト状のポリイミド中にポリイミド微
小粒子を分散させることで材料の粘弾特性を調整するこ
とが可能となるため、印刷性に優れたペーストを使用す
ることが出来る。微小粒子の配合を調整することで、ペ
ーストのチキソトロピー特性を制御することが可能とな
るため、粘度の調整と組み合わせることで、印刷特性を
改善することが出来る。また、応力緩和層5の傾斜角度
を調節することもできる。本願実施例で好適なペースト
のチクソトロピー特性は、回転粘度計を用いて測定した
回転数1rpmでの粘度と回転数10rpmでの粘度の比から
求めた、いわゆるチクソトロピーインデックスが2.0
から3.0の範囲にあることが望ましい。なお、チクソ
トロピーインデックスに温度依存性が現れるペーストの
場合、チクソトロピーインデックスが2.0から3.0
の範囲になるような温度領域で印刷すると高成績が得ら
れる。
By dispersing the polyimide fine particles in the paste-like polyimide, the viscoelastic properties of the material can be adjusted, so that a paste having excellent printability can be used. The thixotropic properties of the paste can be controlled by adjusting the composition of the fine particles, so that the printing properties can be improved by combining the adjustment with the viscosity. Further, the inclination angle of the stress relaxation layer 5 can be adjusted. The thixotropy characteristic of the paste suitable in the examples of the present application is a so-called thixotropy index determined from the ratio of the viscosity at a rotation speed of 1 rpm to the viscosity at a rotation speed of 10 rpm measured using a rotational viscometer.
To 3.0 is desirable. In the case of a paste having a temperature dependency in the thixotropic index, the thixotropic index is 2.0 to 3.0.
Printing is performed in a temperature range that falls within the range described above.

【0037】印刷したペースト状のポリイミドを加熱硬
化した後には、ウェーハ9上に図9に示したような断面
形状を有する応力緩和層5が形成される。このように印
刷により応力緩和層5を形成すると、応力緩和層5のエ
ッジ部より200乃至1000マイクロメートルのとこ
ろにふくらみ部分が存在する場合があるが、このふくら
み部分の位置および存在の有無については、ペースト状
のポリイミドの組成を調整したり、印刷に関わる各種条
件を変更することで、ある程度制御可能となる。なお、
この場合の印刷に関わる各種条件としては、メタルマス
ク厚さ、スキージ速度、スキージ材質、スキージ角度、
スキージ圧(印圧)、版離れ速度、印刷時のウェーハの
温度、印刷環境の湿度等々があげられる。上記ふくらみ
部分の高さや形状の制御は上記印刷条件によって達成で
きるが、その他の制御方法として、保護層8の構造調整
による方法もある。例えば、図36に示したように保護
膜8の有機層の形成領域をパッド7の近傍のみに限定す
れば、有機層上部に相当する部分の応力緩和層を盛り上
げさせることは容易である。
After the printed paste-like polyimide is cured by heating, a stress relaxation layer 5 having a sectional shape as shown in FIG. When the stress relaxation layer 5 is formed by printing in this manner, a bulge may be present at a position 200 to 1000 micrometers from the edge of the stress relaxation layer 5. By adjusting the composition of the paste-like polyimide or changing various conditions relating to printing, it is possible to control to some extent. In addition,
Various conditions related to printing in this case include metal mask thickness, squeegee speed, squeegee material, squeegee angle,
Examples include squeegee pressure (printing pressure), plate separation speed, wafer temperature during printing, and humidity in the printing environment. The control of the height and the shape of the bulging portion can be achieved by the above printing conditions. As another control method, there is a method of adjusting the structure of the protective layer 8. For example, as shown in FIG. 36, if the formation region of the organic layer of the protective film 8 is limited only to the vicinity of the pad 7, it is easy to raise the stress relaxation layer in a portion corresponding to the upper part of the organic layer.

【0038】また、図1に示すように応力緩和層5にふ
くらみ部分を積極的に形成した場合は、配線4のたわみ
部分を形成することができ、これにより熱膨張などによ
る応力を吸収しやすい構造となり、断線をより防止する
ことができる。具体的には、応力緩和層5の平均厚さに
対して、最大で約25マイクロメートル、望ましくは7
乃至12マイクロメートル程度の高さを持つふくらみ部
分が形成されることが好ましい。この程度の頂点であれ
ば、マスク印刷により十分形成可能である。例えばこの
ふくらみ部を半径が10マイクロメートルの半円筒形状
と仮定すると、ふくらみ部の半弧の長さは(2×3.1
4×10マイクロメートル)/2=31.4マイクロメ
ートルとなり、配線の冗長長さはふくらみ部1個につい
て31.4―10=21.4マイクロメートル、応力緩
和層の両側に1つずつ形成した場合には42.8マイク
ロメートルとなる。このように、配線4に冗長部を設け
ることができるため、配線構造およびはんだ接合部に作
用する熱応力が緩和され、従って、信頼性の高い配線構
造を提供できる。なお、このふくらみ部の所要厚さは、
応力緩和層5の膜厚および弾性率、半導体素子13のサ
イズ、半導体素子の消費電力、半導体素子を搭載する回
路基板14の物性値などを勘案した実験およびシミュレ
ーションから求める。例えば、本実施例では半導体素子
13の対角長さをLミリメートルとし、半導体素子13
とそれを搭載する回路基板14の線膨脹係数の差が15
ppm/℃、半導体素子13の基板搭載プロセス〜動作
中のON/OFFによって生じる最大温度範囲が摂氏200度
とすると、基板実装品が実使用環境での使用で配線部が
受ける最大熱変形量は、15(ppm/℃)×L/2(m
m)×200(℃)=0.0015×Lミリメートルと
なる。従って、上記ふくらみ部に要求される冗長長さは
0.002×Lミリメートル程度あれば充分であると考
えた。この計算からふくらみ部を半円筒形状で近似し
て、本実施例では、そのふくらみ部分の高さは応力緩和
層5の平均厚さに対してL/2000〜L/500ミリ
メートル程度の範囲に収まるようにした。
When the bulge portion is positively formed in the stress relieving layer 5 as shown in FIG. 1, the flexure portion of the wiring 4 can be formed, thereby easily absorbing stress due to thermal expansion or the like. It becomes a structure and disconnection can be prevented more. Specifically, the maximum thickness of the stress relaxation layer 5 is about 25 micrometers, preferably 7 micrometers.
It is preferable to form a bulge portion having a height of about 12 to 12 micrometers. With such a vertex, it can be formed sufficiently by mask printing. For example, assuming that this bulge has a semicylindrical shape with a radius of 10 micrometers, the length of the half arc of the bulge is (2 × 3.1).
4 × 10 μm) /2=31.4 μm, and the redundant length of the wiring is 31.4−10 = 21.4 μm per bulge, and one wiring is formed on each side of the stress relaxation layer. In this case, it becomes 42.8 micrometers. As described above, since the redundant portion can be provided in the wiring 4, the thermal stress acting on the wiring structure and the solder joint portion is reduced, and therefore, a highly reliable wiring structure can be provided. The required thickness of this bulge is
The thickness and elastic modulus of the stress relaxation layer 5, the size of the semiconductor element 13, the power consumption of the semiconductor element, and the physical properties of the circuit board 14 on which the semiconductor element is mounted are determined from experiments and simulations. For example, in this embodiment, the diagonal length of the semiconductor element 13 is L millimeters, and the semiconductor element 13
The difference between the coefficient of linear expansion of the
Assuming that the maximum temperature range generated by the on / off operation of the semiconductor element 13 during the operation of mounting the semiconductor element 13 on the substrate is 200 degrees Celsius, the maximum thermal deformation that the wiring portion undergoes when the substrate mounted product is used in an actual use environment is: , 15 (ppm / ° C.) × L / 2 (m
m) × 200 (° C.) = 0.015 × L millimeter. Therefore, it was considered that the redundant length required for the bulge portion was sufficient if it was about 0.002 × L millimeter. From this calculation, the bulge portion is approximated by a semi-cylindrical shape. In this embodiment, the height of the bulge portion falls within a range of about L / 2000 to L / 500 mm with respect to the average thickness of the stress relaxation layer 5. I did it.

【0039】必要となる応力緩和層5の膜厚が1回の印
刷および加熱硬化で形成されないときには、印刷及び材
料の硬化を複数回繰り返すことで所定の膜厚を得ること
ができる。例えば、固形分濃度30乃至40%のペース
トを用いて厚さ65マイクロメートルのメタルマスクを
使用した場合、2回の印刷で硬化後の膜厚として約50
マイクロメートルを得ることが出来る。また特に、回路
基板14に半導体装置13を接続した際に歪みが集中し
やすい箇所に配置されているバンプ1については、該当
する個所の応力緩和層5のみに限定して厚さを厚膜化す
ることで歪みの集中を緩和することも出来る。このため
には、例えばペースト状ポリイミドを半導体が形成され
たウェーハ9上に対して、1回目の印刷にて使用したも
のとは異なるメタルマスクを使い複数回の印刷をすれば
良い。また、第2の方法として、保護層8の構造を調整
することによって応力緩和層の厚みを部分的に変更する
こともできる。例えば、図37に示すように、ひずみが
集中し易いバンプXの直下の領域は無機膜からなる保護
層のみを使用し、その他の領域では無機膜の上に有機膜
を形成した複合層を保護膜とする。このような保護膜の
上に応力緩和層を形成すると、有機膜の保護膜のあると
ころとないところの応力緩和層の部分Aで緩やかな傾斜
部が形成される。いま、応力緩和層の膜厚が50マイク
ロメートルでその弾性率が1GPa、有機膜の膜厚が1
0マイクロメートルでその弾性率が3GPaであるとす
ると、有機保護膜と応力緩和層からなる部分の平均弾性
率(GPa/マイクロメートル)は(3×10+1×5
0)/60≒1.3となり、一方、部分Aにおける傾斜部
の平均弾性率は1である。したがって、このような構造
にすることにより、応力緩和層の熱応力は周辺部から有
機保護膜が形成された部分に分散することになり、本来
熱応力が集中する周辺部にあるバンプの破損を防止する
ことができる。なお、必ずしも応力緩和層中に微粒子を
有する必要はなく、微粒子をペースト中に分散させない
場合でも印刷に必要な最低限の粘弾性特性が確保されれ
ばよい。ただし、微小粒子をペースト中に分散させない
場合は、印刷に関わる各種条件のマージンが極端に狭く
なる可能性がある。
When the required thickness of the stress relaxation layer 5 is not formed by one printing and heating and curing, a predetermined thickness can be obtained by repeating printing and curing of the material a plurality of times. For example, when a metal mask having a thickness of 65 μm is used using a paste having a solid concentration of 30 to 40%, the cured film thickness obtained by two printings is about 50 μm.
Micrometers can be obtained. In particular, the thickness of the bumps 1 arranged at locations where distortion tends to concentrate when the semiconductor device 13 is connected to the circuit board 14 is limited to only the stress relaxation layers 5 at the corresponding locations and the thickness is increased. By doing so, the concentration of distortion can be reduced. For this purpose, for example, a paste-like polyimide may be printed a plurality of times on the wafer 9 on which a semiconductor is formed, using a metal mask different from that used in the first printing. In addition, as a second method, the thickness of the stress relaxation layer can be partially changed by adjusting the structure of the protective layer 8. For example, as shown in FIG. 37, only a protective layer made of an inorganic film is used in a region directly below the bump X where strain tends to concentrate, and a composite layer in which an organic film is formed on the inorganic film is protected in other regions. A membrane. When a stress relieving layer is formed on such a protective film, a gentle slope is formed in the portion A of the stress relieving layer where the organic film has the protective film and where it is not. Now, the thickness of the stress relaxation layer is 50 micrometers, its elastic modulus is 1 GPa, and the thickness of the organic film is 1
Assuming that the elastic modulus is 3 GPa at 0 micrometer, the average elastic modulus (GPa / micrometer) of the portion composed of the organic protective film and the stress relaxation layer is (3 × 10 + 1 × 5).
0) /60≒1.3, while the average elastic modulus of the inclined portion in the portion A is 1. Therefore, by adopting such a structure, the thermal stress of the stress relieving layer is dispersed from the peripheral portion to the portion where the organic protective film is formed. Can be prevented. Note that it is not always necessary to have fine particles in the stress relaxation layer, and even when fine particles are not dispersed in the paste, it is sufficient that the minimum viscoelastic properties required for printing are secured. However, when the fine particles are not dispersed in the paste, the margin of various conditions relating to printing may be extremely narrow.

【0040】引き続き第四工程を説明する。本実施例で
は再配線用配線4を電気銅めっきと電気ニッケルの2層
とした。なお、再配線用配線4の一端をバンプパッド3
と兼用してもよい。ここでは、銅、ニッケルとも電気め
っきを用いて導体を形成する方法を示したが、無電解め
っきを用いることも可能である。
Next, the fourth step will be described. In this embodiment, the wiring 4 for rewiring has two layers, namely, copper electroplating and nickel electroplating. Note that one end of the rewiring wiring 4 is connected to the bump pad 3.
May also be used. Here, a method of forming a conductor using electroplating for both copper and nickel has been described, but electroless plating can also be used.

【0041】まず、電気めっきを実施するための給電膜
16を半導体ウェーハ全面に形成する。ここでは、蒸着
や、無電解銅めっき、CVDなども用いることが可能で
あるが、保護層8および応力緩和層5との接着強度が強
いスパッタを用いることとした。スパッタの前処理とし
て、ボンディングパッド7と再配線用配線4導体との間
の導通を確保するためにスパッタエッチングを行った。
本実施例におけるスパッタ膜としては、クロム(75ナ
ノメートル)/銅(0.5マイクロメートル)の多層膜
を形成した。ここでのクロムの機能は、その上下に位置
する銅と応力緩和層等との接着を確保することにあり、
その膜厚はそれらの接着を維持する最低限が望ましい。
クロム膜厚が厚くなると成膜時間が増大して生産効率が
低下するという問題に加えて、保護層8や応力緩和層5
を長時間にわたってスパッタチャンバー内に発生してい
る高エネルギー状態のプラズマに曝すことになり、これ
らの層を形成している材料が変質するという危険性があ
る。なお、所要膜厚は、スパッタエッチングおよびスパ
ッタの条件、クロムの膜質などによっても変動するが、
おおむね最大で0.5マイクロメータである。なお、本
実施例で使用したクロム膜に代えてチタン膜やチタン/
白金膜、タングステンなどでも代替できる。一方、スパ
ッタ銅の膜厚は、後の工程で行う電気銅めっき及び電気
ニッケルめっきを行ったときに、めっき膜の膜厚分布が
生じない最小限度の膜厚が好ましく、めっき前処理とし
て行なう酸洗などでの膜減り量も考慮に入れたうえで膜
厚分布を誘発しない膜厚を決定する。スパッタ銅の膜厚
を必要以上に厚くした場合、例えば1マイクロメートル
を越える銅厚の場合には、スパッタ時間が長くなって生
産効率が低下するという問題に加えて、後の工程で実施
する給電膜16のエッチング除去の際に長時間エッチン
グが避けられず、その結果として再配線用配線4のサイ
ドエッチングが大きくなる。単純な計算では、1マイク
ロメートルの給電膜をエッチングする場合には配線も片
側1マイクロメートル、両側で2マイクロメートルのエ
ッチングが起こる。実際の生産では、給電膜のエッチン
グ残りが発生しないようにオーバーエッチングすること
が一般的に行われているため、1マイクロメートルの給
電膜をエッチングする場合には配線が5マイクロメート
ル程度サイドエッチングされることになる。サイドエッ
チングがこのように大きくなると、配線抵抗が大きくな
ったり、断線を誘発しやすくなったりして、配線性能の
観点で問題を発生しやすい。従って、スパッタ銅の膜厚
はおおむね最大で1マイクロメータとなる。
First, a power supply film 16 for performing electroplating is formed on the entire surface of a semiconductor wafer. Here, vapor deposition, electroless copper plating, CVD, or the like can be used, but a sputter having a strong adhesive strength to the protective layer 8 and the stress relaxation layer 5 is used. As a pretreatment for the sputtering, sputter etching was performed to ensure conduction between the bonding pad 7 and the conductor 4 for rewiring.
As the sputtered film in this example, a multilayer film of chromium (75 nanometers) / copper (0.5 micrometer) was formed. The function of chromium here is to ensure adhesion between the copper located above and below it and the stress relaxation layer, etc.
The film thickness is desirably the minimum that maintains their adhesion.
When the chromium film thickness is increased, the film formation time is increased and the production efficiency is reduced.
Is exposed to the high-energy plasma generated in the sputtering chamber for a long time, and there is a risk that the materials forming these layers may be deteriorated. The required film thickness varies depending on sputter etching and sputtering conditions, chromium film quality, and the like.
The maximum is about 0.5 micrometers. In addition, instead of the chromium film used in this embodiment, a titanium film or titanium /
A platinum film, tungsten, etc. can be substituted. On the other hand, the thickness of the sputtered copper is preferably a minimum thickness that does not cause a thickness distribution of the plated film when performing the electrolytic copper plating and the electrolytic nickel plating performed in a later step. The film thickness that does not induce the film thickness distribution is determined in consideration of the amount of film loss due to washing or the like. When the thickness of the sputtered copper is made unnecessarily thick, for example, when the thickness of the copper exceeds 1 micrometer, in addition to the problem that the sputtering time becomes long and the production efficiency is reduced, the power supply to be performed in a later step is performed. When the film 16 is removed by etching, etching is inevitable for a long time, and as a result, side etching of the wiring 4 for rewiring becomes large. According to a simple calculation, when a 1 μm power supply film is etched, wiring is etched by 1 μm on one side and 2 μm on both sides. In actual production, over-etching is generally performed so as not to cause etching residue of the power supply film. Therefore, when etching the power supply film of 1 μm, the wiring is side-etched by about 5 μm. Will be. When the side etching is increased as described above, the wiring resistance is increased or the disconnection is easily caused, and a problem is likely to occur from the viewpoint of the wiring performance. Therefore, the thickness of the sputtered copper is approximately 1 micrometer at the maximum.

【0042】次に、ホトリソグラフィー技術を用いて、
再配線用配線4の逆パターン形状17をレジストを用い
て形成する。図4中のBで示した応力緩和層5のエッジ
部におけるレジストの膜厚は、斜面部から流れ出たレジ
ストにより、他の場所と比べ厚くなる。このため、解像
度を確保するためには、ネガ型の方が好ましい。レジス
トとして、液状レジストを用いた場合、図4中のBで示
した応力緩和層5のエッジ部の斜面上部ではレジスト膜
厚が薄くなりやすく、斜面下部では逆にレジスト膜厚が
厚くなり易い傾向がある。斜面上部と斜面下部とで膜厚
の異なるレジストを同一露光量、同一現像条件でパター
ニングするには広い現像裕度が必要となる。一般に、膜
厚に対する現像裕度はポジ型感光特性レジストよりもネ
ガ型感光特性レジストが広いため、本実施例ではネガ型
の液状レジストを用いた。なお、フィルムレジストを使
用する場合には、斜面上下での膜熱差は発生しないため
ネガ型でもポジ型でも使用可能となるが、斜面部はなな
めから露光することになって実質光路長が長くなるた
め、この場合にもネガ型を用いると好成績が得られるこ
とが多い。応力緩和層5のエッジ部の傾斜が大きい場合
やブリーチング特性の弱いフィルムレジストを用いる場
合には、ネガ型が特に好ましい。本実施例では、図10
に示すように、露光マスク21とレジスト22が密着
し、一部に隙間20を有するタイプの露光機を用いた。
該露光機での解像限界は、露光用マスク21とレジスト
22とが密着した場合で約10マイクロメートルであっ
た。我々の実験結果によると、露光マスク21下部の隙
間20と解像する配線幅の関係は、表1に示すようにな
った。なお、表1中の値は露光機の光学系や現像条件、
レジストの感度、レジスト硬化条件、配線幅/配線間隔
の比などにより変化する。表1に示している実験結果
は、配線幅/配線間隔の比が1.0の場合の値である。
Next, using photolithography technology,
The reverse pattern shape 17 of the rewiring wiring 4 is formed using a resist. The thickness of the resist at the edge portion of the stress relieving layer 5 indicated by B in FIG. 4 is larger than that of other portions due to the resist flowing out from the slope portion. Therefore, in order to ensure the resolution, the negative type is preferable. When a liquid resist is used as the resist, the resist film thickness tends to be thinner at the upper part of the slope of the edge portion of the stress relaxation layer 5 shown by B in FIG. There is. A wide development margin is required to pattern resists having different film thicknesses on the upper slope and the lower slope under the same exposure amount and the same developing conditions. In general, a negative-type photosensitive resist is wider than a positive-type photosensitive characteristic resist in developing latitude with respect to the film thickness. Therefore, in this embodiment, a negative-type liquid resist is used. When a film resist is used, the film heat difference does not occur above and below the slope, so that the negative type or the positive type can be used. Therefore, in this case also, good results are often obtained by using the negative type. When the inclination of the edge portion of the stress relaxation layer 5 is large or when a film resist having weak bleaching characteristics is used, the negative type is particularly preferable. In this embodiment, FIG.
As shown in FIG. 2, an exposure machine of a type in which an exposure mask 21 and a resist 22 are in close contact with each other and a gap 20 is partially provided.
The resolution limit of the exposure machine was about 10 micrometers when the exposure mask 21 and the resist 22 were in close contact with each other. According to our experimental results, the relationship between the gap 20 below the exposure mask 21 and the wiring width to be resolved is as shown in Table 1. The values in Table 1 indicate the optical system of the exposure machine, the developing conditions,
It changes depending on the sensitivity of the resist, the resist curing condition, the ratio of the wiring width / interval, and the like. The experimental results shown in Table 1 are values obtained when the ratio of wiring width / interval is 1.0.

【0043】[0043]

【表1】 [Table 1]

【0044】図11にアルミパッドとの接続部23とバ
ンプパット3が再配線用配線4で接続されている様子を
示す。本実施例で使用した露光装置の場合には、表1の
横軸である露光マスクの下部の隙間は応力緩和層の厚さ
にほぼ対応しているので、例えば応力緩和層の厚さが6
0マイクロメートルであれば配線の幅は25マイクロメ
ートルまで解像可能である。したがって、信号線の配線
幅を25マイクロメートルとし、電源またはグランド線
の配線幅を40マイクロメートルとして配線をすること
もできる。また、信号線の配線を25マイクロメートル
として、その信号線の一部を太くすることも可能であ
る。
FIG. 11 shows a state where the connection portion 23 to the aluminum pad and the bump pad 3 are connected by the rewiring wiring 4. In the case of the exposure apparatus used in this embodiment, the gap below the exposure mask, which is the horizontal axis in Table 1, almost corresponds to the thickness of the stress relaxation layer.
If it is 0 micrometers, the width of the wiring can be resolved up to 25 micrometers. Therefore, it is also possible to set the wiring width of the signal line to 25 micrometers and the power supply or ground line to the wiring width of 40 micrometers. Further, it is also possible to make the wiring of the signal line 25 micrometers and make a part of the signal line thicker.

【0045】図12に応力緩和層5の傾斜部付近におけ
る再配線用配線4を拡大して示す。上述のように、応力
緩和層5のエッジ部近傍でレジスト膜厚が不均一となっ
ているため、その領域で現像不足が発生しやすい傾向が
あった。図13に実際に応力緩和層5のエッジ部分で現
像不足が起こっている様子を示す。本実施例では、この
対策のために現像液の回り込みを改善することによって
解決した。より具体的に例示すると、配線パターン形状
を図14や図15に示したように変更することなどの方
策である。
FIG. 12 is an enlarged view of the rewiring wiring 4 near the inclined portion of the stress relaxation layer 5. As described above, since the resist film thickness is non-uniform in the vicinity of the edge portion of the stress relieving layer 5, the development tends to be insufficient in that region. FIG. 13 shows a state in which insufficient development actually occurs at the edge portion of the stress relaxation layer 5. In this embodiment, this problem was solved by improving the wraparound of the developer. More specifically, it is a measure such as changing the wiring pattern shape as shown in FIGS.

【0046】図14はアルミパッドとの接続部23から
応力緩和層5の頂上付近まで配線幅を太くした場合を、
図15は解像性が悪い応力緩和層5のエッジ部分のみの
配線幅を太くした場合を示している。なお、これら図1
4および図15における配線幅は、応力緩和層5の厚さ
と表1に示した解像特性とを考慮して決定する。他の解
決策として現像時間を延長することで現像残りを解消す
る方法も考えられる。また、マスク面で光が回折するた
め、露光マスク21の下に隙間20が存在することに起
因して解像性低下やパターン精度低下が起こる場合があ
る。
FIG. 14 shows the case where the wiring width is increased from the connection portion 23 with the aluminum pad to the vicinity of the top of the stress relaxation layer 5.
FIG. 15 shows a case where the wiring width of only the edge portion of the stress relaxation layer 5 having poor resolution is increased. In addition, these FIG.
4 and FIG. 15 are determined in consideration of the thickness of the stress relaxation layer 5 and the resolution characteristics shown in Table 1. As another solution, a method of eliminating the undeveloped portion by extending the developing time can be considered. Further, since light is diffracted on the mask surface, the presence of the gap 20 below the exposure mask 21 may cause a reduction in resolution and a reduction in pattern accuracy.

【0047】この現象の解決策として、(1)露光機の
光学系変更、(2)レジストのブリーチング性改良、
(3)レジストのプリベーク条件適正化、(4)多段露
光などがあげられる。露光機の光学系の変更について具
体例を1つ挙げると、NA値が0.0001以上0.2
以下の露光機を使用するという方策があげられる。ここ
で挙げた例に限らず、公知慣用のプロセス上の工夫を適
宜組み合わせることで、パターンの解像性、精度を向上
することができる。
As solutions to this phenomenon, (1) changing the optical system of the exposure machine, (2) improving the bleaching property of the resist,
(3) Optimization of pre-bake conditions for resist, (4) Multi-stage exposure, and the like. One specific example of the change of the optical system of the exposure machine is that the NA value is 0.0001 or more and 0.2 or more.
The following measures can be taken to use an exposure machine. The resolution and accuracy of the pattern can be improved by appropriately combining not only the examples given here but also known and commonly used processes.

【0048】応力緩和層5のエッジ部はウェーハと応力
緩和層5の物性値の違いにより生じる応力が集中しやす
い構造上の特徴があるので、応力緩和層5の傾斜部で配
線を太くすることにより断線を効果的に防止することも
できる。なお、必ずしもすべての配線を同じ太さにする
必要はなく、例えば図16に示すように電源/グランド
線と信号線で配線の幅を変えるようにしてもよい。この
場合、電気的な特性を考慮すると一般には電源/グラン
ド線を信号線よりも太くすることが望ましい。信号線を
太くした場合、これにより配線の有する容量成分が増加
し、高速動作時に影響を及ぼすからである。逆に電源/
グランド線を太くすると電源電圧が安定するという効果
が期待できるのでむしろ好ましい。したがって、図示す
るように信号用配線については、応力の集中する部分だ
けを最低限緩和できるようにエッジ周辺を太くしたパタ
ーンとし、電源用またはグランド用配線については傾斜
部を一様に太くすることが望ましい。一方、応力緩和層
が形成されていない平坦部については、配線の容量成分
の影響を考慮し、信号配線を細くしている。ただし、こ
れは半導体素子の種類やその配線パターンによりその都
度考慮する必要がある。例えば、半導体素子やその配線
パターンにも依存するが、保護膜8の厚みを増大すると
配線の容量低減に大きな効果があるので、応力緩和層が
形成されていない平坦部で信号配線を太くせざるを得な
い場合には、保護膜8を厚く形成することが望ましい。
具体的には、配線幅を10%増大させる場合には、保護
膜8の膜厚も約10%程度増大させることが望ましい。
一方、応力緩和層の上部平坦部での配線幅は、信号線容
量よりもむしろ配線密度によって制限を受ける。すなわ
ち、バンプパッドの間隔に通す配線本数、バンプパッド
の径、配線形成工程における位置合せ精度、などから応
力緩和層の上部平坦部での配線幅の上限値が求められ
る。具体的に一例を示すと、バンプパッド間隔が0.5
ミリメートルで、パッド径300マイクロメータ、パッ
ド間に3本配線をひく場合には、(500−300)/
(3×2―1)=40 という計算となる。この計算結
果から、本実施例では平均配線幅/配線間隔=40マイ
クロメータとした。
Since the edge of the stress relaxation layer 5 has a structural feature in which stress generated due to the difference in physical properties between the wafer and the stress relaxation layer 5 tends to concentrate, it is necessary to make the wiring thick at the inclined portion of the stress relaxation layer 5. Accordingly, disconnection can be effectively prevented. Note that it is not necessary that all the wirings have the same thickness. For example, as shown in FIG. 16, the widths of the power supply / ground lines and the signal lines may be changed. In this case, it is generally desirable to make the power supply / ground line thicker than the signal line in consideration of electrical characteristics. This is because when the signal line is made thicker, the capacitance component of the wiring increases, which has an effect during high-speed operation. Conversely, power /
It is rather preferable to make the ground line thicker because the effect of stabilizing the power supply voltage can be expected. Therefore, as shown in the figure, the pattern for the signal wiring should be thickened around the edge so that only the portion where stress is concentrated can be reduced at a minimum, and the slope for the power supply or ground wiring should be uniformly thickened. Is desirable. On the other hand, in the flat portion where the stress relaxation layer is not formed, the thickness of the signal wiring is reduced in consideration of the influence of the capacitance component of the wiring. However, this must be considered each time depending on the type of semiconductor element and its wiring pattern. For example, although it depends on the semiconductor element and its wiring pattern, increasing the thickness of the protective film 8 has a great effect on reducing the capacitance of the wiring. Therefore, it is necessary to make the signal wiring thick in a flat portion where the stress relaxation layer is not formed. If not, it is desirable to form the protective film 8 thick.
Specifically, when increasing the wiring width by 10%, it is desirable to increase the thickness of the protective film 8 by about 10%.
On the other hand, the wiring width at the upper flat portion of the stress relaxation layer is limited by the wiring density rather than the signal line capacitance. That is, the upper limit value of the wiring width in the upper flat portion of the stress relieving layer is determined from the number of wirings passing through the interval between the bump pads, the diameter of the bump pad, the alignment accuracy in the wiring forming step, and the like. Specifically, as an example, the bump pad interval is 0.5
In millimeters, when the pad diameter is 300 micrometers and three wirings are drawn between the pads, (500-300) /
(3 × 2-1) = 40 From this calculation result, in this example, the average wiring width / wiring interval was set to 40 micrometers.

【0049】第五工程について説明する。本実施例で
は、硫酸酸性銅めっき液を用い銅めっきを実施した。電
気銅めっきは、界面活性剤による洗浄、水洗、希硫酸に
よる洗浄、水洗を行った後、給電膜16を陰極に接続
し、リンを含有する銅板を陽極に接続して実施した。
The fifth step will be described. In this example, copper plating was performed using a sulfuric acid acidic copper plating solution. The electrolytic copper plating was performed by washing with a surfactant, washing with water, washing with diluted sulfuric acid, and washing with water, and then connecting the power supply film 16 to the cathode and connecting the copper plate containing phosphorus to the anode.

【0050】引き続き、電気ニッケルめっきを行う。な
お、電気ニッケルめっき前に、界面活性剤による洗浄、
水洗、希硫酸による洗浄、水洗を行うと良好な膜質の電
気ニッケルめっき膜が得られ易い傾向がある。電気ニッ
ケルめっきは、給電膜16を陰極に接続し、ニッケル板
を陽極に接続して行った。本実施例で好適な電気ニッケ
ルめっきは、公知慣用ないずれのニッケルめっき浴でも
使用可能であり、ワット浴系でもスルファミン浴系でも
よいが、本実施例ではワット浴系を用い、めっき膜内部
応力が適正範囲になるように調整しためっき条件下で行
なった。スルファミン浴はめっき液成分がワット浴と比
べると高価であるうえ若干分解しやすい傾向があるとい
う欠点はあるが皮膜応力が制御しやすい。一方、ワット
浴は一般に皮膜応力が大きくなりやすいので、厚膜めっ
きした場合には自身の持つ皮膜応力(引っ張り応力)の
ために配線層にクラックが入る危険性が増大するという
欠点がある。本実施例ではワット浴を用いたが、スルフ
ァミン浴を用いる場合でもワット浴を用いる場合でも、
添加剤(皮膜応力抑制剤)の種類および濃度、めっき電
流密度、めっき液温度の適正範囲を求めるためのモデル
実験をあらかじめ実施してから行うと良い。本実施例で
はこれらを適正に制御して膜厚10マイクロメータ以下
では配線にクラックがはいらない条件をあらかじめ求め
てから実施した。なお、めっき膜応力は、析出したニッ
ケルの金属結晶配向性に関わる指標の1つであり、後述
するはんだ拡散層の成長を抑制するために、適正に制御
する必要がある。膜応力が適正に制御された条件下でめ
っきすると、めっき皮膜は特定量の微量成分を共析する
ようになる。例えば、硫黄0.001〜0.05%を含有
する膜の場合、特定の結晶配向面の含有率が高まる。よ
り具体的に言えば、配向面111、220、200、3
11、の含有率合計が50%以上となる。電気ニッケル
めっきの膜厚は、その後の工程で用いるはんだの種類や
リフロー条件、及び半導体装置の製品特性(実装形態)
により最適値を決定する。具体的には、はんだリフロー
や実装リペアの際に形成されるはんだとニッケルとの合
金層の膜厚がニッケルめっき膜厚以上になるように決定
すれば良い。上記合金層の膜厚は、はんだ中のスズの濃
度が高いほど大きく、リフロー上限温度が高いほど大き
くなる。このように、再配線用配線として銅配線の上に
ニッケル層を形成すると、半導体装置と回路基板の間に
働く熱応力により再配線用配線が変形を受け、その後そ
の応力が解放されたときに、再配線用配線はニッケル層
のばね性により変形前の形状に戻ることができる。例え
ば、半導体装置の動作により引き起こされる熱応力の作
用により、応力緩和層及びその上に形成されている再配
線用配線4がお互いに密着した形で変形する。このとき
の再配線用配線の変形には応力緩和層のふくらみ部分に
ある再配線用配線の冗長部分のたわみ部分が用いられ
る。その後、熱応力等から解放されて応力緩和層が元の
形状に戻ったときに、再配線用配線が銅配線のみの場合
は銅配線は銅配線自身のばね性では元の配線形状に戻り
にくい。一方、銅配線の上にニッケル層を形成すると、
そのニッケル層のばね性により再配線用配線(銅配線)
は元の形状に容易に戻ることができる。なお、銅配線の
上に形成されるのはニッケル層に限らず、銅配線の上で
ニッケル層と同程度のバネ性を持つものであってもよ
い。また、銅配線の代わりに伸縮性のある配線を形成す
る場合はニッケル層は必ずしも必要ない。
Subsequently, electro nickel plating is performed. Before electro-nickel plating, cleaning with a surfactant,
When washing with water, washing with dilute sulfuric acid, and washing with water are performed, there is a tendency that an electro-nickel plated film having good film quality is easily obtained. The electric nickel plating was performed by connecting the power supply film 16 to the cathode and connecting the nickel plate to the anode. The electro-nickel plating suitable in this embodiment can be used in any known and commonly used nickel plating bath, and may be a watt bath system or a sulfamine bath system. Was carried out under plating conditions adjusted so as to fall within an appropriate range. Sulfamine baths have the disadvantage that the plating solution components are more expensive than the Watt bath and tend to be slightly decomposed, but the film stress is easy to control. On the other hand, the coating stress of the Watt bath generally tends to increase. Therefore, when plating with a thick film, there is a disadvantage that the risk of cracks in the wiring layer increases due to the coating stress (tensile stress) of the plating. Although a watt bath was used in this example, even when a sulfamine bath was used or a watt bath was used,
It is advisable to carry out a model experiment in advance to determine the appropriate range of the type and concentration of the additive (film stress inhibitor), plating current density, and plating solution temperature beforehand. In the present embodiment, these conditions were appropriately controlled, and before the film thickness was reduced to 10 μm or less, the conditions under which cracks did not occur in the wiring were obtained before execution. In addition, the plating film stress is one of indexes related to the metal crystal orientation of the deposited nickel, and it is necessary to appropriately control the plating film stress in order to suppress the growth of a solder diffusion layer described later. When plating is performed under conditions where the film stress is appropriately controlled, the plating film will eutect a specific amount of a minor component. For example, in the case of a film containing 0.001 to 0.05% of sulfur, the content of a specific crystal orientation plane increases. More specifically, the orientation planes 111, 220, 200, 3
11, the total content is 50% or more. The thickness of the electro-nickel plating depends on the type of solder used in the subsequent steps, reflow conditions, and product characteristics of the semiconductor device (mounting form)
To determine the optimal value. Specifically, the thickness of the alloy layer of solder and nickel formed at the time of solder reflow or mounting repair may be determined so as to be equal to or greater than the nickel plating film thickness. The thickness of the alloy layer increases as the concentration of tin in the solder increases, and increases as the upper limit of the reflow temperature increases. As described above, when the nickel layer is formed on the copper wiring as the wiring for rewiring, the wiring for rewiring is deformed by thermal stress acting between the semiconductor device and the circuit board, and when the stress is released thereafter. The wiring for rewiring can return to the shape before deformation due to the spring property of the nickel layer. For example, due to the action of thermal stress caused by the operation of the semiconductor device, the stress relieving layer and the rewiring wiring 4 formed thereon are deformed in close contact with each other. At this time, the bent portion of the redundant portion of the rewiring wiring at the bulge portion of the stress relieving layer is used for the deformation of the rewiring wiring. Thereafter, when the stress relaxation layer returns to the original shape by being released from thermal stress or the like, when the wiring for rewiring is only the copper wiring, the copper wiring does not easily return to the original wiring shape due to the spring property of the copper wiring itself. . On the other hand, when a nickel layer is formed on copper wiring,
Rewiring wiring (copper wiring) due to the spring property of the nickel layer
Can easily return to its original shape. Note that what is formed on the copper wiring is not limited to the nickel layer, but may be one having the same degree of spring property as the nickel layer on the copper wiring. In addition, when an elastic wiring is formed instead of the copper wiring, the nickel layer is not necessarily required.

【0051】第六工程では、電気銅めっきおよび電気ニ
ッケルめっきを行ったのちに配線の逆パターンであるレ
ジスト17を除去し、エッチング処理をすることで予め
成膜した給電膜16を除去する。銅のエッチングには、
塩化鉄、アルカリ系エッチング液等の種類があるが、本
実施例では硫酸/過酸化水素水を主成分とするエッチン
グ液を用いた。10秒以上のエッチング時間がないと制
御が困難となって実用的観点では不利であるが、あまり
に長い時間エッチングを行なうと、例えば5分を越えて
エッチングするような場合には、サイドエッチングが大
きくなったりタクトが長くなるという問題も生じるた
め、エッチング液およびエッチング条件は、適宜実験に
より求めるのがよい。引き続いて実施する給電膜16の
クロム部分のエッチングには、本実施例では過マンガン
酸カリウムとメタケイ酸を主成分とするエッチング液を
用いた。なお、上記電気ニッケルめっき膜は給電膜16
のエッチングの際のエッチングレジストとしても機能し
ている。従って、ニッケルと銅、ニッケルとクロムのエ
ッチング選択比を勘案してエッチング液の組成成分、エ
ッチング条件を決定するとよい。例えば、具体的に言え
ば、銅のエッチングの際に使用する硫酸過酸化水素エッ
チング剤では、硫酸の含有量は最大でも50%以下、望
ましくは15%以下とする。これにより、ニッケルに対
して10倍程度のエッチング選択比で銅をエッチングで
きる。
In the sixth step, after performing the copper electroplating and the nickel electroplating, the resist 17 which is the reverse pattern of the wiring is removed, and the power supply film 16 formed in advance by etching is removed. For copper etching,
There are various types such as iron chloride and an alkaline etching solution. In this embodiment, an etching solution containing sulfuric acid / hydrogen peroxide as a main component was used. If the etching time is not longer than 10 seconds, control becomes difficult and disadvantageous from a practical point of view. Since there is a problem in that the etching solution becomes longer and the tact time becomes longer, the etching solution and the etching conditions may be appropriately determined by experiments. In this embodiment, an etching solution containing potassium permanganate and metasilicic acid as main components was used for the subsequent etching of the chromium portion of the power supply film 16. The electric nickel plating film is used as the power supply film 16.
It also functions as an etching resist at the time of etching. Therefore, the composition of the etching solution and the etching conditions may be determined in consideration of the etching selectivity between nickel and copper or between nickel and chromium. For example, specifically, in a sulfuric acid hydrogen peroxide etchant used for etching copper, the sulfuric acid content is 50% or less at the maximum, and preferably 15% or less. Thus, copper can be etched at an etching selectivity about 10 times that of nickel.

【0052】第七工程では、バンプパッド3および切断
部24およびその周囲のみが開口した表面保護膜6を形
成し、引き続き無電解金めっきを実施することでバンプ
パッド部3に金を成膜した。ここでは表面保護膜6とし
てソルダーレジストを使用し、これを半導体装置13の
全面に塗布した後に露光、現像することでパターンを形
成する。なお、ソルダーレジストの他にも感光性ポリイ
ミドや印刷用ポリイミドなどの材料を用いて表面保護膜
6を形成することも可能である。以上のような工程を経
ることで、表面保護膜6は、再配線用配線4、応力緩和
層5、保護膜8などを完全に覆うこととなる。このた
め、表面保護膜6は、再配線用配線4、応力緩和層5、
保護膜8が刺激性物質により変質、剥離、腐蝕すること
を抑止できる。
In the seventh step, the bump pad 3 and the cut portion 24 and the surface protective film 6 opened only at the periphery thereof were formed, and subsequently electroless gold plating was performed to deposit gold on the bump pad portion 3. . Here, a solder resist is used as the surface protective film 6, and is applied to the entire surface of the semiconductor device 13, and then exposed and developed to form a pattern. In addition, it is also possible to form the surface protective film 6 using a material such as a photosensitive polyimide or a printing polyimide other than the solder resist. Through the above steps, the surface protective film 6 completely covers the rewiring wiring 4, the stress relaxation layer 5, the protective film 8, and the like. For this reason, the surface protection film 6 includes the wiring 4 for rewiring, the stress relaxation layer 5,
Deterioration, peeling, and corrosion of the protective film 8 by the irritating substance can be suppressed.

【0053】この第七工程までで、アルミパッド7から
バンプパッド3までの再配線用配線4およびバンプパッ
ド3が、半導体が形成されたウェーハ9上に図17およ
び図2に示すごとく形成される。
By the seventh step, the rewiring wiring 4 and the bump pad 3 from the aluminum pad 7 to the bump pad 3 are formed on the wafer 9 on which the semiconductor is formed, as shown in FIGS. .

【0054】第八工程では、はんだボール搭載装置とリ
フロー炉を使用しバンプを形成する。つまり、はんだボ
ール搭載装置を利用することで、バンプパッド3上に所
定量のフラックスとはんだボールを搭載する。この際、
はんだボールはフラックスの粘着力によりバンプパッド
上に仮固定される。はんだボールが搭載された半導体ウ
ェーハをリフロー炉に投入することではんだボールは一
旦溶融し、その後再び固体化することで、図1に示した
バンプパッド3に接続したバンプ1となる。このほかに
も印刷機を用いてはんだペーストをバンプパッド3上に
印刷塗布し、これをリフローすることでバンプ1を形成
する方法もある。何れの方法においてもはんだ材料は様
々なものを選択することが可能となり、現時点において
市場に供給されているはんだ材料の多くが使用できる。
この他、はんだ材料は限定されるものの、めっき技術を
用いることで、バンプ1を形成する方法もある。また、
金や銅を核としたボールを使用したバンプや導電材料を
配合した樹脂を使用して形成したバンプを使用しても良
い。
In the eighth step, bumps are formed using a solder ball mounting device and a reflow furnace. That is, a predetermined amount of flux and solder balls are mounted on the bump pads 3 by using the solder ball mounting device. On this occasion,
The solder balls are temporarily fixed on the bump pads by the adhesive force of the flux. When the semiconductor wafer on which the solder balls are mounted is put into a reflow furnace, the solder balls are once melted and then solidified again to form the bumps 1 connected to the bump pads 3 shown in FIG. In addition, there is also a method of printing and applying a solder paste on the bump pad 3 using a printing machine and reflowing the solder paste to form the bump 1. In any method, various solder materials can be selected, and many of the solder materials currently available on the market can be used.
In addition, although the solder material is limited, there is a method of forming the bump 1 by using a plating technique. Also,
A bump using a ball having gold or copper as a nucleus or a bump formed using a resin mixed with a conductive material may be used.

【0055】第一工程から第九工程までの工程を経るこ
とで、図1に示した応力緩和層5を有し、かつ少ない工
程数で再配線用配線4が形成され、しかも再配線用配線
4の途中には応力が集中する屈曲部が存在しない半導体
装置13が実現できる。また、印刷技術を使用すること
で、露光や現像技術を用いることなく厚膜の絶縁層であ
る応力緩和層5をパターン形成することができ、その応
力緩和層5は再配線用配線4を形成するための斜面を有
することができる。
Through the steps from the first step to the ninth step, the wiring 4 for rewiring having the stress relaxation layer 5 shown in FIG. The semiconductor device 13 having no bent portion where stress concentrates in the middle of 4 can be realized. Further, by using the printing technique, the stress relaxation layer 5 which is a thick insulating layer can be formed in a pattern without using exposure and development techniques. Can have a bevel.

【0056】本実施例によれば、アンダーフィルを実施
せず半導体装置13をフリップチップ接続した場合でも
半導体装置13の接続信頼性が大幅に向上する。このた
め本実施例によれば多くの電気製品においてアンダーフ
ィルを使用しないフリップチップ接続が可能となり、各
種電気製品の価格を低減することが可能となることがわ
かる。さらに、アンダーフィルを実施しないため、半導
体装置13の取り外しが可能となる。つまり、回路基板
に接続した半導体装置13が不良品であった場合、半導
体装置13を回路基板上から取り外し回路基板を再生す
ることが可能となり、これによっても各種電気製品の価
格を低減することが可能となる。
According to this embodiment, even when the semiconductor device 13 is flip-chip connected without underfilling, the connection reliability of the semiconductor device 13 is greatly improved. For this reason, according to the present embodiment, flip-chip connection without using an underfill can be made in many electric products, and it can be seen that the price of various electric products can be reduced. Further, since the underfill is not performed, the semiconductor device 13 can be removed. In other words, if the semiconductor device 13 connected to the circuit board is defective, the semiconductor device 13 can be removed from the circuit board and the circuit board can be regenerated, thereby also reducing the price of various electric products. It becomes possible.

【0057】次に、本実施例に係る応力緩和層5の材料
について説明する。本実施例で最も好適に使用される応
力緩和層5形成用の材料は、ペースト状のポリイミドで
あるがこれに限らず変成アミドイミド樹脂、エステルイ
ミド樹脂、エーテルイミド樹脂、ポリエステル樹脂、変
成シリコーン樹脂、変成アクリル樹脂などでもかまわな
い。上記列挙した樹脂のうち、イミド結合を有する樹
脂、例えばポリイミド、アミドイミド、エステルイミ
ド、エーテルイミド等では、イミド結合による強固な骨
格のおかげで熱機械的特性、例えば高温での強度などに
優れ、その結果として、配線のためのめっき給電膜形成
方法の撰択肢が広がる。例えば、スパッタなどの高温処
理を伴うめっき給電膜形成方法を選択できる。シリコー
ン樹脂やアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アミドイミ
ド、エステルイミド、エーテルイミドなどイミド結合以
外の結合で縮合した部分がある樹脂の場合、熱機械特性
は若干劣るものの加工性や樹脂価格などの点で有利な場
合がある。例えば、ポリエステルイミド樹脂では、一般
にポリイミドよりも硬化温度が低いため、扱いやすい。
本実施例では、これらの樹脂の中から素子特性、価格、
熱機械特性などを総合的に勘案してこれらの樹脂を適宜
使い分ける。応力緩和層5形成用の材料は、例えばエポ
キシ、フェノール、ポリイミド、シリコーン等の樹脂を
単独あるいは2種類以上配合し、これに各種界面との接
着性を改善するためのカップリング剤や着色剤等を配合
して用いることが可能である。
Next, the material of the stress relaxation layer 5 according to this embodiment will be described. The material for forming the stress relaxation layer 5 most preferably used in the present embodiment is a paste-form polyimide, but is not limited thereto, and is a modified amide imide resin, an ester imide resin, an ether imide resin, a polyester resin, a modified silicone resin, Modified acrylic resin may be used. Among the above-listed resins, resins having an imide bond, for example, polyimide, amide imide, ester imide, ether imide, etc., have excellent thermomechanical properties, such as high-temperature strength, due to the strong skeleton by the imide bond. As a result, options for forming a plating power supply film for wiring are widened. For example, a plating power supply film forming method involving high-temperature processing such as sputtering can be selected. In the case of silicone resin, acrylic resin, polyester resin, amide imide, ester imide, ether imide and other resins that have a portion condensed by a bond other than an imide bond, thermomechanical properties are slightly inferior, but they are advantageous in terms of processability and resin price. There are cases. For example, a polyesterimide resin is generally easier to handle because it has a lower curing temperature than polyimide.
In the present embodiment, among these resins, device characteristics, price,
These resins are appropriately used in consideration of thermo-mechanical characteristics and the like. The material for forming the stress relaxation layer 5 is, for example, a resin such as epoxy, phenol, polyimide, or silicone, alone or in combination with two or more resins, and a coupling agent or a coloring agent for improving adhesion to various interfaces. Can be used in combination.

【0058】応力緩和層5の弾性率は、室温において
0.1から10.0GPa程度のものが適用可能である
が、一般のポリイミドよりは弾性率が低いものが望まし
い。弾性率が0.1GPaを下回って小さすぎる場合に
は、後述する突起電極の形成や該半導体装置の機能試験
を行う際に配線部分が変形し易くなり断線等の問題が懸
念される。また、応力緩和層5の弾性率が10.0Gを
越えて大きくなると充分な応力の低減効果が得られず、
該半導体装置を基板に搭載した場合の接続信頼性が低下
することが懸念される。
The modulus of elasticity of the stress relaxation layer 5 can be about 0.1 to 10.0 GPa at room temperature, but is preferably lower than that of general polyimide. If the elastic modulus is less than 0.1 GPa and is too small, a wiring portion is likely to be deformed when forming a protruding electrode described later or performing a function test of the semiconductor device, which may cause a problem such as disconnection. If the elastic modulus of the stress relaxation layer 5 exceeds 10.0 G, a sufficient effect of reducing stress cannot be obtained,
There is a concern that connection reliability when the semiconductor device is mounted on a substrate is reduced.

【0059】さらに、応力緩和層5用材料の硬化温度は
100℃から250℃までのものを用いる事が望まし
い。硬化温度がこれより低い場合、半導体製造時の工程
内での管理が難しく、硬化温度がこれより高くなると硬
化冷却時の熱収縮でウェーハ応力が増大したり、半導体
素子の特性が変化する懸念があるからである。硬化後の
応力緩和層はスパッタ、めっき、エッチングなどのさま
ざまな工程にさらされることから、耐熱性、耐薬品性、
耐溶剤性などの特性も要求される。具体的には、耐熱性
としてそのガラス転位温度(Tg)が150℃超400℃以
下であることが望ましく、より望ましくはTgが180℃
以上、最も好ましくはTgが200℃以上である。図41
はガラス転移温度(Tg)と線膨張係数の関係を示す実験結
果である。これより、ガラス転移温度(Tg)が200℃以
上であれば、クラックが発生していないことが分かる。な
お、工程中での様々な温度処理における変形量を抑える
観点から、Tg以下の領域での線膨脹係数(α1)は小
さいほど好ましい。具体的には3ppmに近いほどよ
い。一般に低弾性材料は線膨脹係数が大きい場合が多い
が、本実施例で好適な応力緩和層5材料の線膨脹係数の
範囲は3ppm〜300ppmの範囲であることが望ま
しい。より好ましくは3ppm〜200ppmの範囲で
あり、最も望ましい線膨脹係数は3ppm〜150pp
mの範囲である。一方、熱分解温度(Td)は約300℃
以上であることが望ましい。TgやTdがこれらの値を下回
っていると、プロセス中での熱工程、例えばスパッタや
スパッタエッチ工程で樹脂の変形、変質や分解が起こる
危険性がある。耐薬品性の観点から言うと、30%硫酸
水溶液や10%水酸化ナトリウム水溶液への24時間以
上の浸漬で変色、変形などの樹脂変質が起こらない事が
望ましい。耐溶剤性としては、溶解度パラメーター(S
P値)が8〜20(cal/cm3)1/2となることが望ましい。
応力緩和層5用がベースレジンに幾つかの成分を変成し
てなる材料である場合には、その組成の大部分が上記溶
解度パラメータの範囲にはいっていることが望ましい。
より具体的にいうと、溶解度パラメータ(SP値)が8
未満あるいは20超である成分が50重量%を越えて含
有されていないことが望ましい。これらの耐薬品性や耐
溶剤性が不十分だと適用可能な製造プロセスが限定され
る場合があり、製造原価低減の観点から好ましくないこ
ともある。現実的には、これらの特性を満足する材料コ
ストとプロセス自由度とを総合的に勘案した上で、応力
緩和層5用の材料を決定すると良い。
Further, it is desirable to use a material having a curing temperature of 100 ° C. to 250 ° C. for the material for the stress relaxation layer 5. If the curing temperature is lower than this, it is difficult to control in the process of manufacturing the semiconductor, and if the curing temperature is higher than this, there is a concern that the wafer stress will increase due to heat shrinkage during curing and cooling, and the characteristics of the semiconductor element will change. Because there is. After curing, the stress relaxation layer is exposed to various processes such as sputtering, plating, and etching.
Characteristics such as solvent resistance are also required. Specifically, the glass transition temperature (Tg) is preferably higher than 150 ° C. and 400 ° C. or less as heat resistance, and more preferably, the Tg is 180 ° C.
As described above, the Tg is most preferably 200 ° C. or higher. FIG.
Is an experimental result showing the relationship between the glass transition temperature (Tg) and the coefficient of linear expansion. From this, it is understood that cracks did not occur when the glass transition temperature (Tg) was 200 ° C. or higher. From the viewpoint of suppressing the amount of deformation in various temperature treatments during the process, the smaller the coefficient of linear expansion (α1) in the region of Tg or less, the better. Specifically, the closer to 3 ppm, the better. In general, the low elasticity material often has a large linear expansion coefficient. However, in this embodiment, the preferable range of the linear expansion coefficient of the material of the stress relaxation layer 5 is preferably 3 ppm to 300 ppm. More preferably, it is in the range of 3 ppm to 200 ppm, and the most desirable linear expansion coefficient is 3 ppm to 150 pp.
m. On the other hand, the thermal decomposition temperature (Td) is about 300 ° C
It is desirable that this is the case. If Tg or Td is lower than these values, there is a risk that the resin may be deformed, deteriorated or decomposed in a thermal step in the process, for example, a sputtering or sputter etching step. From the viewpoint of chemical resistance, it is desirable that the resin does not undergo any deterioration such as discoloration or deformation when immersed in a 30% aqueous sulfuric acid solution or a 10% aqueous sodium hydroxide solution for 24 hours or more. Solvent resistance includes solubility parameter (S
(P value) is desirably 8 to 20 (cal / cm3) 1/2.
When the material for the stress relaxation layer 5 is a material obtained by modifying some components to the base resin, it is desirable that most of the composition falls within the range of the solubility parameter.
More specifically, the solubility parameter (SP value) is 8
It is desirable that less than or more than 20 components do not exceed 50% by weight. If these chemical and solvent resistances are insufficient, applicable manufacturing processes may be limited, and may not be preferable from the viewpoint of reducing manufacturing costs. Practically, it is preferable to determine the material for the stress relaxation layer 5 after considering the material cost and the process flexibility satisfying these characteristics comprehensively.

【0060】続いて、応力緩和層の膜厚とウェーハ応力
およびα線の関係について説明する。図18は、応力緩
和層の膜厚とウェーハ応力の関係を示したものである。
図18に示したように、応力緩和層は直径8インチウェ
ーハに塗布し硬化させた場合、150マイクロメートル
よりも膜厚が厚くなるとウェーハ応力が大きくなり、ウ
ェーハの反りが大きくなったり、ウェーハのクラック、
絶縁膜のはがれ等が発生しやすくなる。
Next, the relationship between the thickness of the stress relaxation layer, the wafer stress, and the α-ray will be described. FIG. 18 shows the relationship between the thickness of the stress relaxation layer and the wafer stress.
As shown in FIG. 18, when the stress relaxation layer is applied to an 8-inch diameter wafer and cured, when the film thickness exceeds 150 micrometers, the wafer stress increases, the wafer warpage increases, and the wafer warpage increases. crack,
Peeling of the insulating film or the like is likely to occur.

【0061】一方、図19には、応力緩和層の厚さと応
力緩和層中を透過するα線量との関係を示した。α線
は、半導体装置に用いられるはんだ中に不純物として含
まれるウラニウムやトリウム等の崩壊によって発生し、
トランジスタ部の誤動作を引き起こす。図19に示した
ように、応力緩和層の厚さが35マイクロメートルより
厚くなるとα線はほとんど透過せず、α線による誤動作
の問題は生じない。反対に35マイクロメートルより応
力緩和層の厚さが薄くなるとα線が透過するため、α線
による誤動作が起こりやすくなることが分かる。
FIG. 19 shows the relationship between the thickness of the stress relaxation layer and the amount of α transmitted through the stress relaxation layer. α rays are generated by the decay of uranium and thorium etc. contained as impurities in the solder used for semiconductor devices,
This causes a malfunction of the transistor section. As shown in FIG. 19, when the thickness of the stress relaxation layer is larger than 35 micrometers, almost no α-rays are transmitted, and the problem of malfunction due to α-rays does not occur. Conversely, when the thickness of the stress relaxation layer is smaller than 35 micrometers, α-rays are transmitted, so that a malfunction due to α-rays is likely to occur.

【0062】これらの関係から、応力緩和層の厚さを3
5マイクロメートル以上150マイクロメートル以下に
することにより、半導体素子表面に形成した回路部分ま
でα線が到達するのを防止し、かつ半導体装置とこれを
搭載した基板との接続信頼性を確保することができる。
なお、半導体装置の構成によっては、同一素子内にα線
の影響を受けやすい部分、例えばトランジスタの誤作動
を受けやすいメモリセル110等と、α線の影響を受け
にくい部分がある。そこで、α線に対して特に影響を受
けやすい部分に対して、図20、21に示すように応力
緩和層の厚さを35マイクロメートル以上150マイク
ロメートル以下にすることにより、半導体素子表面に形
成した回路部分までα線が到達するのを防止することが
できる。なお、α線の影響を受けにくい領域に形成する
応力緩和層の厚みは35マイクロメータを下回るように
しても、α線遮蔽の観点では問題がない。従って、例え
ば、図21に示すようにα線遮蔽が必要な領域の応力緩
和層を厚く形成し、その他の領域では応力緩和層を薄く
形成し、応力緩和層全体の平均厚みを35マイクロメー
トル以上150マイクロメートル以下にすることもでき
る。このような工夫を施す場合には、各バンプにかかる
熱応力ひずみの大きさを勘案した半導体装置の構成とす
ることが望ましい。一般に半導体装置13の外周へいく
ほど熱応力ひずみを受けやすく厚めの応力緩和層が必要
となるから、α線に対して影響を受けやすいトランジス
タ領域を半導体装置13の外周に配置し、α線に対して
影響を受けにくい領域を半導体装置13の中央付近に配
置するとよい。例えば、図38に示すように、応力緩和
層5の厚みを半導体装置13の中央付近は薄く、外周部
に行くほど次第に厚くすることも可能である。この場
合、中央付近のバンプは他のバンプと比べて接続高さが
大きくなるとともに接続角が小さくなるため、バンプそ
のものの応力緩和機能が増大して、薄くなった応力緩和
層5の応力緩和機能を代替している。なお、α線の影響
を全く受けない領域を有する半導体装置13の場合に
は、図39に示すようにα線の影響を受けない領域を半
導体装置13の中央付近に配置すれば、半導体装置13
の中央付近には応力緩和層5を形成しなくても構わな
い。次に他の実施例として、応力緩和層と組成が異なる
微粒子を包含する応力緩和層の実施例について説明す
る。
From these relationships, the thickness of the stress relaxation layer is set to 3
By setting the thickness to 5 μm or more and 150 μm or less, it is possible to prevent α rays from reaching the circuit portion formed on the surface of the semiconductor element, and to ensure the reliability of connection between the semiconductor device and the substrate on which the semiconductor device is mounted. Can be.
Note that, depending on the configuration of the semiconductor device, there are a portion that is easily affected by α-rays in the same element, such as a memory cell 110 that is easily affected by transistor malfunction and a portion that is not easily affected by α-rays. Therefore, as shown in FIGS. 20 and 21, the thickness of the stress relaxation layer is set to be 35 μm or more and 150 μm or less for the portion which is particularly susceptible to α-rays, so that it is formed on the surface of the semiconductor element. Α-rays can be prevented from reaching the circuit portion. Note that, even if the thickness of the stress relaxation layer formed in a region that is hardly affected by α rays is less than 35 micrometers, there is no problem from the viewpoint of α ray shielding. Therefore, for example, as shown in FIG. 21, the stress relaxation layer is formed thick in a region where α-ray shielding is required, and the stress relaxation layer is formed thin in other regions, and the average thickness of the entire stress relaxation layer is 35 μm or more. It can be less than 150 micrometers. In such a case, it is desirable to configure the semiconductor device in consideration of the magnitude of the thermal stress strain applied to each bump. In general, a thermal stress strain tends to be increased toward the outer periphery of the semiconductor device 13 and a thicker stress relaxation layer is required. Therefore, a transistor region which is susceptible to α-rays is arranged on the outer periphery of the semiconductor device 13 and the It is preferable to arrange a region that is hardly affected by the semiconductor device 13 near the center of the semiconductor device 13. For example, as shown in FIG. 38, the thickness of the stress relaxation layer 5 can be thin near the center of the semiconductor device 13 and gradually increased toward the outer periphery. In this case, since the bump near the center has a higher connection height and a smaller connection angle than the other bumps, the stress relaxation function of the bump itself increases, and the stress relaxation function of the thinned stress relaxation layer 5 increases. Has been replaced. In the case of the semiconductor device 13 having a region that is not affected by α rays at all, if the region that is not affected by α rays is arranged near the center of the semiconductor device 13 as shown in FIG.
The stress relaxation layer 5 may not be formed in the vicinity of the center. Next, as another embodiment, an embodiment of a stress relaxation layer containing fine particles having a composition different from that of the stress relaxation layer will be described.

【0063】上述した応力緩和層5に含まれる微粒子
は、応力緩和層5と同一材料で、同じ物性を有してい
る。応力緩和層中で微粒子が分散することで印刷に必要
な粘弾性特性を有することができる。
The fine particles contained in the stress relaxation layer 5 are made of the same material and have the same physical properties as the stress relaxation layer 5. By dispersing the fine particles in the stress relaxation layer, viscoelastic properties required for printing can be obtained.

【0064】しかし、この構造では、ウェーハと応力緩
和層5との境界で物性値が急激に変化するため熱応力等
がその境界部分に集中して配線が断線等する可能性があ
る。
However, in this structure, since the physical property value changes abruptly at the boundary between the wafer and the stress relaxation layer 5, there is a possibility that thermal stress or the like is concentrated at the boundary and the wiring is disconnected.

【0065】そこで、本実施例では、ウェーハの回路形
成面上に形成された応力緩和層5の特性を厚み方向で異
ならせ、ウェーハ表面側の応力緩和層の特性がウェーハ
の特性に近くなるようにした。
Therefore, in the present embodiment, the characteristics of the stress relaxation layer 5 formed on the circuit forming surface of the wafer are made different in the thickness direction so that the characteristics of the stress relaxation layer on the wafer surface side are close to the characteristics of the wafer. I made it.

【0066】これにより、ウェーハ上面と応力緩和層下
面の境界部における特性の差を少なくし、これらの上に
設けた配線に不連続な力や、応力緩和層の膨張収縮によ
る引張りや圧縮、曲げの応力が配線部に加わらないよう
にすることで、配線部の断線防止が可能となる。
As a result, the difference in characteristics at the boundary between the upper surface of the wafer and the lower surface of the stress relieving layer is reduced. By preventing the stress from being applied to the wiring portion, disconnection of the wiring portion can be prevented.

【0067】さらに、ウェーハ側の応力緩和層5の特性
はウェーハに近く、該半導体装置を搭載する基板側はそ
の基板の特性に近くすることにより、応力緩和層5上の
配線のみならず該半導体装置と前記基板の接続部の接続
寿命向上にも有効である。
Furthermore, the characteristics of the stress relaxation layer 5 on the wafer side are close to those of the wafer, and the characteristics of the substrate on which the semiconductor device is mounted are close to the characteristics of the substrate. It is also effective for improving the connection life of the connection between the device and the substrate.

【0068】ここで、応力緩和層5の厚み方向で漸次変
化する特性として、熱膨脹係数あるいは弾性率等が考え
られる。そして、応力緩和層の特性を変化させる具体的
な手段として、図22に示すように、絶縁性の粒子であ
るシリカ粒子102を配合し、応力緩和層5の厚さ方向
にシリカ粒子102の配合量の分布を持たせ熱膨脹係数
や弾性率を徐々に変化させる。シリカ粒子102が多く
分布している部分では、応力緩和層5の熱膨張係数が小
さく弾性率は高くなる。一方、シリカ粒子102の配合
量が少なくなると熱膨脹係数は大きくなり弾性率は低く
なる。
Here, as a characteristic that gradually changes in the thickness direction of the stress relaxation layer 5, a coefficient of thermal expansion or an elastic modulus can be considered. As a specific means for changing the characteristics of the stress relaxation layer, as shown in FIG. 22, silica particles 102 which are insulating particles are blended, and the silica particles 102 are blended in the thickness direction of the stress relaxation layer 5. The thermal expansion coefficient and the elastic modulus are gradually changed by having a distribution of the amount. In a portion where a large amount of the silica particles 102 are distributed, the thermal expansion coefficient of the stress relaxation layer 5 is small and the elastic modulus is high. On the other hand, when the blending amount of the silica particles 102 decreases, the thermal expansion coefficient increases and the elastic modulus decreases.

【0069】本実施例における半導体装置の製造工程
も、ウェーハ上の回路形成、応力緩和層形成、シリカ粒
子の分布、応力緩和層上の配線形成等をウェーハ状態で
行うことにより、全体工程の簡略化、製造時のバラツキ
等が少なく配線部の寿命向上が可能である。
In the manufacturing process of the semiconductor device in this embodiment, circuit formation on a wafer, formation of a stress relaxation layer, distribution of silica particles, formation of wiring on the stress relaxation layer, and the like are performed in a wafer state, thereby simplifying the entire process. It is possible to improve the life of the wiring part with less variation during manufacturing and the like.

【0070】本実施例では、応力緩和層5に弾性率や熱
膨脹を調整するための絶縁粒子である、シリカ、アルミ
ナ、窒化ホウ素等の無機材料からなる粒子を一種類ある
いは二種類以上配合し、また必要に応じてポリイミドや
シリコーン等の有機材料からなる粒子を適宜配合しても
よい。
In this embodiment, one or two or more kinds of particles made of an inorganic material such as silica, alumina, and boron nitride, which are insulating particles for adjusting the elastic modulus and thermal expansion, are blended in the stress relaxation layer 5. If necessary, particles composed of an organic material such as polyimide or silicone may be appropriately blended.

【0071】さらに、シリカ粒子や絶縁樹脂層を構成す
る各種界面との接着性向上のためアルコキシシランやチ
タネート等からなるカップリング剤、樹脂の破断伸びや
破断強度を向上させる熱可塑性樹脂等の改質剤、ウェー
ハ上に形成された回路部の紫外線等による誤動作を防止
するため絶縁樹脂層を着色するための染料や顔料、樹脂
層の硬化反応を促進させるための硬化促進剤等を配合す
ることも可能である。
Further, a coupling agent such as an alkoxysilane or a titanate for improving the adhesion to various interfaces constituting the silica particles and the insulating resin layer, and a thermoplastic resin for improving the breaking elongation and the breaking strength of the resin are improved. Compounding agents, dyes and pigments for coloring the insulating resin layer to prevent malfunction of the circuit section formed on the wafer due to ultraviolet rays, etc., and a curing accelerator for promoting the curing reaction of the resin layer. Is also possible.

【0072】厚さ方向で特性を変化させた応力緩和層5
の形成方法としては、例えば前記記載の材料を配合して
なる液状の応力緩和層5をウェーハの回路面上に塗布
し、この応力緩和層5を加熱硬化する過程で、配合した
シリカ等からなる絶縁粒子をウェーハ側に漸次沈降させ
る方法がある。シリカ粒子の粒子径に分布が有る場合、
粒子径の大きい粒子ほど沈降が早く、粒子径の小さい粒
子ほど沈降し難く、ウェーハを下側にして応力緩和層の
加熱硬化を行うと、応力緩和層の厚み方向で特性の分布
が形成される。
Stress relief layer 5 whose characteristics are changed in the thickness direction
As a method of forming, for example, a liquid stress relaxation layer 5 containing the above-described material is applied on the circuit surface of the wafer, and the stress relaxation layer 5 is heated and hardened. There is a method in which insulating particles are gradually settled on the wafer side. If there is a distribution in the particle size of the silica particles,
Particles with a large particle diameter sediment faster, particles with a small particle diameter are less likely to sediment, and when heat-curing the stress relaxation layer with the wafer on the lower side, a characteristic distribution is formed in the thickness direction of the stress relaxation layer. .

【0073】応力緩和層5に配合されたシリカ粒子の膜
厚方向での濃度分布を制御する方法としては、絶縁樹脂
の硬化温度、硬化温度プロファイルを適宜調整したり、
硬化の進行を早めるための硬化促進剤の配合量や種類、
あるいは硬化を遅らせるための反応抑制剤等を適宜配合
する方法やシリカ粒子等絶縁粒子の粒子径分布を変更す
る方法がある。
As a method for controlling the concentration distribution in the thickness direction of the silica particles blended in the stress relaxation layer 5, the curing temperature and the curing temperature profile of the insulating resin are appropriately adjusted,
The amount and type of curing accelerator used to accelerate the progress of curing,
Alternatively, there is a method of appropriately blending a reaction inhibitor or the like for delaying curing, or a method of changing the particle size distribution of insulating particles such as silica particles.

【0074】本実施例に適用可能なシリカ粒子は、溶融
しインゴット化したシリカの塊を破砕したものや、シリ
カインゴットを破砕後、再度シリカ粒子を加熱溶融して
球形化したもの、さらに合成したシリカ粒子等が適用可
能である。シリカ粒子の粒子径分布や配合量は、本実施
例の構造を適用する半導体装置の大きさ、厚さ、集積
度、応力緩和層5の厚さ、粒子の粒径や搭載する基板の
種類によって種々変更可能である。
The silica particles applicable to this example were obtained by crushing a lump of fused silica and ingot, or obtained by crushing a silica ingot and then heating and melting the silica particles again to form a sphere, and further synthesized. Silica particles and the like are applicable. The particle size distribution and compounding amount of the silica particles depend on the size, thickness, integration degree, thickness of the stress relaxation layer 5, particle size of the semiconductor device to which the structure of the present embodiment is applied, and the type of substrate to be mounted. Various changes are possible.

【0075】印刷法により応力緩和層5を形成する場
合、印刷の方法によっては、適用するマスクの寸法によ
っても粒子径の分布を変更する必要が生じる場合もあ
る。
When the stress relaxation layer 5 is formed by a printing method, it may be necessary to change the particle size distribution depending on the size of a mask to be applied, depending on the printing method.

【0076】なお、応力緩和層5は一回の印刷で形成さ
れる必要はなく、図23に示すように、少なくとも2回
以上の印刷で形成してもよい。さらに、それぞれの層に
含まれるシリカ粒子の配合量を異ならせて印刷してもよ
い。
The stress relaxation layer 5 does not need to be formed by one printing, but may be formed by at least two printings as shown in FIG. Further, printing may be performed by changing the blending amount of the silica particles contained in each layer.

【0077】本実施例では、ウェーハの回路部から応力
緩和層上に設けた電極に至る段階で、配線が形成される
部分の物性が急激に変化しないので、配線の一部に大き
な力が集中することが無く、配線の断線防止が可能とな
る。
In this embodiment, since the physical properties of the portion where the wiring is formed do not change abruptly from the circuit portion of the wafer to the electrode provided on the stress relaxation layer, a large force is concentrated on a part of the wiring. Without breaking, the disconnection of the wiring can be prevented.

【0078】次に、半導体装置13の周辺寄りに存在す
るバンプ1直下の応力緩和層5の膜厚を他の箇所と比べ
薄くした半導体装置13の実施例の一例を図24を用い
て説明する。この実施例では、最外周のバンプ1aは、
その一つ内側のバンプ1bとくらべ、δだけ高さが低く
なっている。
Next, an example of an embodiment of the semiconductor device 13 in which the thickness of the stress relaxation layer 5 immediately below the bump 1 near the periphery of the semiconductor device 13 is made thinner than other portions will be described with reference to FIG. . In this embodiment, the outermost bump 1a is
The height is lower by δ than the bump 1b inside one of them.

【0079】半導体装置13の周辺部について応力緩和
層5の膜厚を薄くする方法としては、ペースト状のポリ
イミド材料などの応力緩和層形成材料中に含まれる微小
粒子の有無、粒子の形状や配合、印刷速度、版離れ速
度、印刷回数等の印刷条件、ペースト中の溶媒の割合な
どを変更する方法がある。
Methods for reducing the thickness of the stress relaxation layer 5 in the peripheral portion of the semiconductor device 13 include the presence or absence of fine particles, and the shape and composition of the particles contained in the stress relaxation layer forming material such as a paste-like polyimide material. There are methods for changing printing conditions such as printing speed, printing speed, printing speed, the number of printings, etc., and the ratio of solvent in the paste.

【0080】一般に半導体装置13の周辺寄りに存在す
るバンプ1aには、回路基板14に半導体装置13を接
続した後の各種負荷により、その他のバンプ1b等と比
べ大きな歪みが生じている。例えば、半導体装置13と
回路基板14との線膨張係数は異なるため、温度上昇時
には半導体装置13の周辺寄りのバンプ1aになるほど
大きな歪みが発生する。この歪みが大きい場合や繰り返
し作用する場合、半導体装置13の周辺よりのバンプ1
aは破壊しやすい。
Generally, the bumps 1a located near the periphery of the semiconductor device 13 are greatly distorted as compared with the other bumps 1b and the like due to various loads after the semiconductor device 13 is connected to the circuit board 14. For example, since the linear expansion coefficient of the semiconductor device 13 is different from that of the circuit board 14, the distortion increases as the temperature of the semiconductor device 13 increases toward the bump 1 a near the periphery of the semiconductor device 13. If the distortion is large or acts repeatedly, the bump 1 from the periphery of the semiconductor device 13
a is easily broken.

【0081】本実施例にあるように半導体装置13の周
辺寄りについて応力緩和層5の膜厚を薄くすると、対応
した箇所のバンプ1の形状を制御することが可能とな
り、回路基板14に接続した際にバンプ1は図25に示
したような縦長バンプ1aaとなる。このような縦長バ
ンプ1aaでは、体積自体はその他のバンプ1と同一で
あるため、バンプ1とバンプパッド3との接触角および
バンプ1と回路基板14上のパッドとの接触角が大きく
なる。つまり、図25においてはα1>α2、β1>β
2となる。
When the thickness of the stress relaxation layer 5 is reduced near the periphery of the semiconductor device 13 as in this embodiment, the shape of the bump 1 at the corresponding location can be controlled, and the bump 1 is connected to the circuit board 14. At this time, the bump 1 becomes a vertically long bump 1aa as shown in FIG. In such a vertically long bump 1aa, since the volume itself is the same as the other bumps 1, the contact angle between the bump 1 and the bump pad 3 and the contact angle between the bump 1 and the pad on the circuit board 14 are increased. That is, in FIG. 25, α1> α2, β1> β
It becomes 2.

【0082】接触角が大きくなることで、バンプとバッ
ドとの接続部に対する応力集中は緩和されることとな
る。このように応力緩和層5の膜厚を半導体装置13の
周辺部のバンプパッド3形成箇所についてその他の部分
より薄くし、バンプ1の形状を縦長とすることで、半導
体装置13と回路基板14との接続信頼性を向上させる
ことが出来る。なお、応力緩和層5の断面形状は、バン
プ1の高さが半導体装置13の回路基板14に対する接
続時に支障のない範囲内で設計することが可能であり、
様々なものが考えられる。
As the contact angle increases, stress concentration on the connection between the bump and the pad is reduced. As described above, the thickness of the stress relaxation layer 5 is made smaller at the peripheral portion of the semiconductor device 13 where the bump pad 3 is formed than at the other portions, and the shape of the bump 1 is made vertically long. Connection reliability can be improved. The cross-sectional shape of the stress relaxation layer 5 can be designed so that the height of the bump 1 does not hinder the connection of the semiconductor device 13 to the circuit board 14.
Various things can be considered.

【0083】δの大きさは、(1)最外周に位置する縦
長バンプ1aaに要求される応力緩和特性、(2)半導
体装置13の機能検査時におけるバンプ高さバラツキ許
容値、(3)半導体装置13の回路基板14に対する接
続時のバンプ高さバラツキ許容値、などを考慮して決定
する。より具体的に記述すると、上記応力緩和特性は応
力緩和層5の弾性率と半導体装置13のサイズから求ま
る。一方、機能検査時や接続時のバラツキについては、
はんだボールや応力緩和層5の変形も考慮したうえでそ
れらの許容値を求める。例えば、機能検査はバンプ上面
から検査治具を押しつけて応力緩和層5を変形させれ
ば、バンプ高さバラツキが実質的に存在しない状態で機
能検査することが可能である。このような操作を行った
としても、応力緩和層5ははんだバンプ材料と比べて相
当に弾性率が低いため、はんだバンプの変形よりも応力
緩和層5の変形が優先して起こり、はんだバンプへ傷が
付いたりすることも無い。それゆえ、応力緩和特性から
要求されるδの値が、機能検査装置で要求されているバ
ンプ高さバラツキよりも大きくなったとしても、応力緩
和層5の変形によって対応できる範囲であれば差し支え
ない。また、応力緩和材料は弾性体であるため、検査終
了後には形状が復旧するので基板への接続時にも特段の
問題はない。このことを勘案すると、事実上、前記
(1)および(3)からδが決定されることとなる。前
述のように応力緩和特性は、応力緩和層5の膜厚が35
乃至150マイクロメートルで良い結果が得られるた
め、応力緩和特性からはδ=150−35=115マイ
クロメートルとなる。また、δ=115マイクロメート
ルという値は、回路基板14への接続の際に許容される
上限値とほぼ等しい。よってδの値は115マイクロメ
ートルが多くの場合、上限値となる。
The magnitude of δ is (1) the stress relaxation characteristic required for the vertical bump 1aa located at the outermost periphery, (2) the allowable value of the bump height variation at the time of the function test of the semiconductor device 13, and (3) the semiconductor. The determination is made in consideration of an allowable value of variation in bump height when the device 13 is connected to the circuit board 14. More specifically, the stress relaxation characteristics are obtained from the elastic modulus of the stress relaxation layer 5 and the size of the semiconductor device 13. On the other hand, regarding the variation at the time of functional inspection and connection,
The allowable values are determined in consideration of the deformation of the solder balls and the stress relaxation layer 5. For example, in the function inspection, if the stress relaxation layer 5 is deformed by pressing an inspection jig from the upper surface of the bump, the function inspection can be performed in a state where there is substantially no variation in bump height. Even if such an operation is performed, since the stress relieving layer 5 has a considerably lower elastic modulus than the solder bump material, the deformation of the stress relieving layer 5 takes precedence over the deformation of the solder bump. There is no scratch. Therefore, even if the value of δ required from the stress relaxation characteristics becomes larger than the variation in bump height required in the function inspection device, it is acceptable as long as the value can be accommodated by the deformation of the stress relaxation layer 5. . Further, since the stress relaxation material is an elastic body, the shape is restored after the inspection is completed, so that there is no particular problem when connecting to the substrate. Taking this into account, δ is practically determined from the above (1) and (3). As described above, the stress relaxation characteristic is such that the thickness of the stress relaxation layer 5 is 35.
Since good results can be obtained at 150 to 150 μm, δ = 150−35 = 115 μm from the stress relaxation characteristic. Further, the value of δ = 115 micrometers is almost equal to the upper limit value allowed when connecting to the circuit board 14. Therefore, the value of δ is an upper limit value in many cases of 115 micrometers.

【0084】また、本実施例の構造は、半導体装置の微
細化が進み、半導体装置の配線の関係上、応力緩和層の
傾斜部にバンプを形成しなければならない場合にも適応
できる。なお、上記図24では最外周バンプ1aとその
1つ内側のバンプ1bとで高さに差を付けるために応力
緩和層5の厚みを制御しているが、その他の制御方法と
して、保護層8の構造調整による方法もある。例えば、
図40に示したように最外周バンプ1aの直下では保護
膜8の有機層を形成しないか、あるいはごく薄く形成す
るにとどめ、バンプ1bより内側では保護膜8の有機層
を厚めに形成するなどの方法がある。必要に応じ、応力
緩和層5の厚みと保護層8の有機層厚みとを適宜調整し
制御することにより所望の高さ差δを達成することも何
ら問題はない。
Further, the structure of the present embodiment can be applied to a case where the miniaturization of the semiconductor device is advanced and a bump must be formed on the inclined portion of the stress relaxation layer due to the wiring of the semiconductor device. In FIG. 24, the thickness of the stress relieving layer 5 is controlled so as to make a difference in height between the outermost bump 1a and the bump 1b located inside the outermost bump 1a. There is also a method by adjusting the structure. For example,
As shown in FIG. 40, the organic layer of the protective film 8 is not formed immediately below the outermost peripheral bump 1a, or is formed only very thinly, and the organic layer of the protective film 8 is formed thicker inside the bump 1b. There is a method. There is no problem in achieving the desired height difference δ by appropriately adjusting and controlling the thickness of the stress relaxation layer 5 and the thickness of the organic layer of the protective layer 8 as necessary.

【0085】また、半導体装置の最外周に位置するバン
プには外力が加わりやすく、はんだに亀裂等ができる場
合があるので、最外周に位置するバンプのうちいくつか
は緩衝部材として用いてもよい。この場合、緩衝部材と
して使用するバンプは、アルミパッド7と電気的に接続
されない、半導体装置が電気的に動作する上で不要なも
のとすることが望ましい。これにより、半導体装置が電
気的に動作する上で必要なその他のバンプで破断が発生
するまでの期間を延長することが出来る。なお、緩衝部
材とする幾つかのバンプについては、バンプ径を大きく
することでも更にバンプ破断までの期間を延長すること
が出来る。なお、本実施例では好適なバンプ径を大きく
するために公知慣用のいずれの方法を用いても良いが、
特に好適な方法を1つ例示すると、はんだの体積自体は
その他のバンプと同一にしたままバンプランド(パッ
ド)を大きくすることである。パッドを大きくすること
により接続径は大きくなる一方、はんだの体積は他と同
じであるためバンプ高さが低くなり、その結果として、
回路基板14に接続した際にバンプとパッドとの接触角
が大きくなってバンプとパッドの接触点への応力集中を
回避できる。応力集中がなくなったことによってはんだ
内でのクラック進展が遅くなるとともに、バンプ径が増
大したことによって破断に至るまでのクラック長さの絶
対値そのものも大きくなっているので、バンプは段まで
の期間延長に大きく貢献する。
Further, since an external force is easily applied to the bumps located on the outermost periphery of the semiconductor device and cracks may be formed in the solder in some cases, some of the bumps located on the outermost periphery may be used as cushioning members. . In this case, it is desirable that the bumps used as the buffer members are not electrically connected to the aluminum pad 7 and are unnecessary for the semiconductor device to operate electrically. As a result, it is possible to extend a period until a break occurs in another bump necessary for electrically operating the semiconductor device. For some bumps used as cushioning members, the period up to the breakage of the bumps can be further extended by increasing the diameter of the bumps. In the present embodiment, any known and commonly used method may be used to increase the suitable bump diameter.
One particularly suitable method is to increase the bump land (pad) while keeping the volume of the solder identical to that of the other bumps. The larger the pad, the larger the connection diameter, while the volume of the solder is the same as the others, so the bump height decreases, and as a result,
When the bump and the pad are connected to the circuit board 14, the contact angle between the bump and the pad increases, so that stress concentration at the contact point between the bump and the pad can be avoided. Eliminating stress concentration slows the crack propagation in the solder, and the increased bump diameter increases the absolute value of the crack length before fracture, which increases the bump diameter. It greatly contributes to extension.

【0086】また、半導体装置を接続する回路基板の配
線引き出しの設計を容易にするという観点から考える
と、半導体装置の中央付近に電源またはグランド線を配
置することが望ましく、その結果として、図26(a)
(b)に示すようにアルミパッド7とアルミパッドから
の距離が近いバンプパッドを接続する再配線用配線4は
信号線として、遠いバンプパッドを接続する最配線用配
線4は電源またはグランド線として用いることが望まし
い。この場合、アルミパッドからの距離が近いバンプは
応力緩和層5の傾斜部に位置する場合もある。また、電
源またはグランド線は信号線よりも配線幅を広くするよ
うにしてもよい。
Further, from the viewpoint of facilitating the design of the wiring lead of the circuit board for connecting the semiconductor device, it is desirable to dispose a power supply or a ground line near the center of the semiconductor device. (A)
As shown in (b), the rewiring wiring 4 connecting the aluminum pad 7 and the bump pad which is short from the aluminum pad is a signal line, and the most wiring wiring 4 connecting the far bump pad is a power supply or ground line. It is desirable to use. In this case, a bump that is short from the aluminum pad may be located on the inclined portion of the stress relaxation layer 5. Further, the power supply or ground line may have a wider wiring width than the signal line.

【0087】半導体装置の他の実施例を図27に示す。
本実施例では、応力緩和層5を半導体が形成されたウェ
ーハ9上の隣の半導体装置13にまたがった状態で形成
している。アルミパッド7、バンプパッド3、およびこ
れらを接続する再配線用配線4は、再配線用配線4が半
導体装置13と隣の半導体装置13との境界を横断する
ことがないように設計上の工夫がなされている。製造工
程は、既に説明したものと基本的には同じであるが、第
七工程以降に違いがある。
FIG. 27 shows another embodiment of the semiconductor device.
In this embodiment, the stress relaxation layer 5 is formed so as to extend over the adjacent semiconductor device 13 on the wafer 9 on which the semiconductor is formed. The aluminum pad 7, the bump pad 3, and the rewiring wiring 4 connecting these are designed in such a way that the rewiring wiring 4 does not cross the boundary between the semiconductor device 13 and the adjacent semiconductor device 13. Has been made. The manufacturing process is basically the same as that described above, but differs from the seventh process.

【0088】半導体ウェーハを切断する際には、応力緩
和層5の切断も必要となるが、応力緩和層5は低弾性材
料であるため、大部分がシリコンからなり強度が異なる
半導体が形成されたウェーハ9と一括して切断すること
は難しい。このため、まず応力緩和層5に対する切断を
行った後に、半導体が形成されたウェーハ9をダイシン
グする。以下、図28を用いて説明する。
When cutting the semiconductor wafer, it is necessary to cut the stress relieving layer 5. However, since the stress relieving layer 5 is made of a low elastic material, a semiconductor composed mostly of silicon and having different strengths is formed. It is difficult to cut the wafer 9 together. For this reason, first, after cutting the stress relaxation layer 5, the wafer 9 on which the semiconductor is formed is diced. This will be described below with reference to FIG.

【0089】まず、第七改良工程にて応力緩和層5のみ
を切断する。切断方法としては、低弾性樹脂材料の切断
に向いた回転刃を使用するのが良い。このほかにも炭酸
ガスレーザやサンドブラストなどを使用することができ
る。
First, only the stress relaxation layer 5 is cut in the seventh improvement step. As a cutting method, it is preferable to use a rotary blade suitable for cutting a low elastic resin material. In addition, a carbon dioxide laser, sand blast, or the like can be used.

【0090】第八改良工程においては、表面保護膜6と
してソルダーレジストを全面に塗布する。塗布方法とし
ては、スピンコート法のほかメッシュ状のマスクを用い
た印刷やカーテンコーティングでも良い。ソルダーレジ
ストを塗布するためにも第七改良工程における応力緩和
層5の切断部の壁面は、垂直ではなく逆ハの字状となる
ようにすることが望ましい。このコーティングを第七改
良工程における応力緩和層の切断後に行うことで、応力
緩和層5が、半導体が形成されたウェーハ9の表面より
剥離する要因となったり、半導体の性能劣化を引き起こ
すイオン等の異物の侵入を軽減でき、耐久性などを確保
したデバイスを提供することができる。
In the eighth improvement step, a solder resist is applied as a surface protective film 6 on the entire surface. As an application method, printing using a mesh mask or curtain coating may be used in addition to the spin coating method. In order to apply the solder resist, it is desirable that the wall surface of the cut portion of the stress relaxation layer 5 in the seventh improvement step is not vertical but has an inverted V shape. By performing this coating after cutting the stress relaxation layer in the seventh improvement step, the stress relaxation layer 5 may cause separation from the surface of the wafer 9 on which the semiconductor is formed, ions such as ions that cause performance deterioration of the semiconductor, and the like. It is possible to provide a device that can reduce intrusion of foreign matters and ensure durability and the like.

【0091】第九改良工程においては、感光現像を行う
ことで表面保護膜6のパターンを形成する。これにより
バンプパッド3および切断部24およびその周辺のみが
表面保護膜6から露出する。また、表面保護膜6をマス
クとして無電解金めっきを施すことでバンプパッド3上
に金を成膜する。なお、実施例では金めっきのみとした
が、パラジウムや白金のめっきを金めっきの前に施して
もかまわないし、金めっき終了後にスズめっきをおこな
っても特段の問題は無い。
In the ninth improvement step, a pattern of the surface protective film 6 is formed by performing photosensitive development. As a result, only the bump pad 3 and the cut portion 24 and the periphery thereof are exposed from the surface protection film 6. Further, gold is formed on the bump pads 3 by performing electroless gold plating using the surface protective film 6 as a mask. Although only gold plating is used in the embodiment, palladium or platinum plating may be applied before gold plating, or tin plating after gold plating has no particular problem.

【0092】第十改良工程においては、ダイシングによ
って半導体が形成されたウェーハ9を半導体装置13に
分割する。なお、一般的にダイシングは回転刃を用いて
行われる。
In the tenth improvement step, the wafer 9 on which the semiconductor has been formed by dicing is divided into semiconductor devices 13. In general, dicing is performed using a rotary blade.

【0093】以上の工程により、応力緩和層5を切断す
る工程を含む半導体装置13の製造が可能となる。
Through the above steps, it is possible to manufacture the semiconductor device 13 including the step of cutting the stress relaxation layer 5.

【0094】本実施例によれば、半導体装置13の外形
寸法が小さい場合でも問題なく応力緩和層5を形成する
ことが可能となる。具体的には、隣り合う2つの半導体
装置にまたがって応力緩和層5を形成する場合には、外
形寸法がほぼ半分になっても応力緩和層5の成膜技術を
変える必要がなく、半導体装置の形状、外形寸法および
半導体装置13を互いに分離する際の切りしろとなる切
断部24の幅、形状を調節することで半導体装置の大き
さを変えても同一の印刷マスクを使用して製造すること
すら可能となる場合もある。また、再配線用配線4は第
一の実施例と同様に応力緩和層5の傾斜部を経てアルミ
パッド7とバンプパッド3とを接続しているため、再配
線用配線4に応力集中部も存在せず、アンダーフィルを
必要としないフリップチップ接続が可能となる。
According to the present embodiment, even when the external dimensions of the semiconductor device 13 are small, the stress relaxation layer 5 can be formed without any problem. More specifically, when the stress relaxation layer 5 is formed over two adjacent semiconductor devices, it is not necessary to change the film formation technique of the stress relaxation layer 5 even when the external dimensions are almost halved. By using the same print mask even if the size of the semiconductor device is changed by adjusting the shape and external dimensions of the semiconductor device 13 and the width and shape of the cut portion 24 as a margin for separating the semiconductor device 13 from each other. In some cases, this is possible. Further, since the wiring 4 for rewiring connects the aluminum pad 7 and the bump pad 3 via the inclined portion of the stress relieving layer 5 as in the first embodiment, the stress concentration portion also exists in the wiring 4 for rewiring. Flip chip connection that does not exist and does not require underfill can be performed.

【0095】なお、本実施例にかかる構造は特に半導体
装置のセンター部分にパッドがレイアウトされた半導体
装置、たとえばDRAMなどに適応可能である。
The structure according to the present embodiment is particularly applicable to a semiconductor device in which pads are laid out at the center of the semiconductor device, such as a DRAM.

【0096】また、本実施例中の図では、隣り合う二つ
の半導体装置13にまたがった応力緩和層5を切断した
が、再配線用配線4がアルミパッド7からバンプパッド
3に至るためのスロープ部が存在する限り、少なくとも
2以上の半導体装置13、たとえば互いに隣り合う4つ
の半導体装置について連結した応力緩和層5を切断する
ような構造を採用することも可能である。当然のことな
がら、隣り合う2列について連結した応力緩和層5を形
成して切断するようにしてもよい。この場合、列方向の
位置ずれを許容できる製法となるので、より微細加工に
も適用できる。
In the figures of the present embodiment, the stress relaxation layer 5 extending over two adjacent semiconductor devices 13 is cut. As long as the portion exists, it is also possible to adopt a structure in which the stress relaxation layer 5 connected to at least two or more semiconductor devices 13, for example, four semiconductor devices adjacent to each other, is cut. As a matter of course, the stress relaxation layers 5 connected in two adjacent rows may be formed and cut. In this case, since the manufacturing method is such that positional displacement in the column direction can be tolerated, the method can be applied to finer processing.

【0097】各実施例においては、例えば図2や図27
に示すように応力緩和層5の角部には丸みをつけるとよ
い。丸みをつけない場合、ペースト状のポリイミド材料
を用いて応力緩和層5を印刷する際に気泡を巻き込む不
良が時々観察される。また、応力緩和層5が角部から剥
離しやすくなる。応力緩和層5に気泡が残留すると、半
導体装置13を加熱した際に気泡が破裂して再配線用配
線4が断線するなどの不具合が生じる。このため、応力
緩和層5の形成に使用する印刷用メタルマスクのパター
ン開口部18の隅部は丸めておくことが望ましい。
In each embodiment, for example, FIG.
As shown in FIG. 7, the corners of the stress relaxation layer 5 may be rounded. In the case where the rounding is not performed, a defect that air bubbles are involved when printing the stress relaxation layer 5 using the paste-like polyimide material is sometimes observed. Further, the stress relaxation layer 5 is easily peeled from the corner. If air bubbles remain in the stress relieving layer 5, when the semiconductor device 13 is heated, the air bubbles burst, causing problems such as disconnection of the rewiring wiring 4. For this reason, it is desirable that the corners of the pattern openings 18 of the printing metal mask used for forming the stress relaxation layer 5 be rounded.

【0098】なお、各実施例における応力緩和層5は印
刷用メタルマスクやディスペンサを用いて印刷塗布し形
成することができる。
The stress relieving layer 5 in each embodiment can be formed by printing using a printing metal mask or a dispenser.

【0099】また、印刷方法のみならず、スタンピン
グ、空気あるいは不活性のガスを用いた吹き付けやイン
クジェット法、未硬化あるいは半硬化状態の樹脂シート
を貼り付ける等の方法により、またはこれらの方法を適
宜組み合わせることにより形成可能である。応力緩和層
を印刷方法で形成する場合、印刷部端部の傾きは絶縁材
料を印刷し印刷マスクを除去した際、あるいは加熱硬化
過程において端部で絶縁層の流動が起こり端部の傾斜部
が形成される。この方法ではウエハ単位で応力緩和層お
よび特定傾きを有する端部を一括で作成することが可能
である。一方、スタンピングで応力緩和層を形成する場
合、スタンピング用の型に応力緩和用の絶縁材料を塗布
しウエハ上に応力緩和層の形状を転写するため絶縁材料
硬化時の端部の形状変化が生じない絶縁材料の選択が可
能となる。この場合、印刷方式に比べ端部の形状が一定
になり易いという特徴がある。さらに、絶縁材をガス等
を用いて吹き付ける方式では、印刷マスクあるいはスタ
ンピング金型を用いないため、応力緩和層形成時の形状
に自由度あり、ノズル形状を適当に選択すれば、印刷マ
スクやスタンピング金型では形成し難い応力緩和層の形
成が可能となる。また、印刷方式やスタンピング方式に
比べ、吹き付け量の調整で応力緩和層の厚さを調整で
き、厚さ調整の範囲も広くなる。半硬化あるいは未硬化
の樹脂シートを貼り付ける方式では、厚膜の応力緩和層
の形成が可能となり予めシート状の絶縁樹脂を用いるた
め、応力緩和層表面の平坦性に優れるという特徴があ
る。これらの方法を単一あるいは適宜組み合せることに
より所望の応力緩和層厚さ、端部傾きを得ることが可能
となる。
Not only the printing method but also a method such as stamping, spraying using air or an inert gas, an ink-jet method, attaching an uncured or semi-cured resin sheet, or the like, may be used. It can be formed by combining them. When forming the stress relaxation layer by the printing method, the inclination of the end of the printed portion may be caused by the flow of the insulating layer at the end when the insulating material is printed and the print mask is removed, or during the heat curing process, and the slope of the end may be reduced. It is formed. According to this method, it is possible to collectively form a stress relaxation layer and an end portion having a specific inclination for each wafer. On the other hand, when a stress relaxation layer is formed by stamping, an insulating material for stress relaxation is applied to a stamping mold and the shape of the stress relaxation layer is transferred onto a wafer, so that the shape of the end portion changes when the insulating material is cured. This allows the selection of no insulating material. In this case, there is a feature that the shape of the end portion tends to be constant as compared with the printing method. Furthermore, in the method in which the insulating material is sprayed using a gas or the like, since a printing mask or a stamping die is not used, there is a degree of freedom in the shape at the time of forming the stress relaxation layer. It is possible to form a stress relaxation layer that is difficult to form with a mold. Further, compared to the printing method and the stamping method, the thickness of the stress relaxation layer can be adjusted by adjusting the spray amount, and the range of the thickness adjustment is widened. The method of attaching a semi-cured or uncured resin sheet allows the formation of a thick-film stress-relaxation layer and uses a sheet-like insulating resin in advance, and thus has a feature that the surface of the stress-relaxation layer is excellent in flatness. These methods can be used alone or in combination as appropriate to obtain the desired stress relaxation layer thickness and end inclination.

【0100】次に、半導体装置の他の実施例を示す。図2
9は半導体装置の突起電極を変換するための基板に搭載
した状態を示す断面概略図、図30はさらに半導体装置
13とこれを搭載する基板の隙間を樹脂118で封止し
た状態を示す断面概略図であるである。
Next, another embodiment of the semiconductor device will be described. FIG.
9 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the protruding electrodes of the semiconductor device are mounted on a substrate for converting the same, and FIG. It is a figure.

【0101】半導体装置13に形成した突起状電極1を
基板上の対応する電極120上にはんだぺーストあるい
はフラックス等を介して搭載し、リフロー炉等により前
記突起状電極を溶融させ基板115と半導体装置13の
接続を行う。半導体装置を搭載する基板は、半導体素子
搭載面の裏面に各種電子機器に用いられる基板に搭載す
るための電極120および必要に応じて突起状電極12
1を有する。
The protruding electrode 1 formed on the semiconductor device 13 is mounted on the corresponding electrode 120 on the substrate via a solder paste or a flux or the like, and the protruding electrode is melted by a reflow furnace or the like so that the substrate 115 and the semiconductor The connection of the device 13 is performed. The substrate on which the semiconductor device is mounted has electrodes 120 for mounting on substrates used for various electronic devices and, if necessary, protruding electrodes 12 on the back surface of the semiconductor element mounting surface.
One.

【0102】半導体装置13を各種電子機器に用いられ
る基板に搭載する際、基板115上に設けた突起状電極
121を加熱溶融させる必要がある。これらの実装工程
および各種試験における信頼性、特に落下衝撃試験に対
する信頼性成績をさらに向上させるため、半導体装置1
3と基板115の間を樹脂118で補強したものであ
る。
When the semiconductor device 13 is mounted on a substrate used for various electronic devices, it is necessary to heat and melt the protruding electrode 121 provided on the substrate 115. In order to further improve the reliability in these mounting processes and various tests, particularly the reliability results in a drop impact test, the semiconductor device 1
3 and the substrate 115 are reinforced with a resin 118.

【0103】半導体装置13と基板115間を充填する
樹脂118は、一般の半導体封止用に使用される液状の
エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリ
コーン樹脂等が使用可能であり、封止樹脂の熱膨張係数
や弾性率を調整するためシリカ、アルミナ、窒化ホウ素
等の無機材料からなる粒子を一種類あるいは二種類以上
配合し、また必要に応じてシリコーンや熱可塑性樹脂等
樹脂、アルコキシシランやチタネート等からなるカップ
リング剤、着色剤、難燃性を付与させるための難燃剤や
難燃助剤樹脂層の硬化反応を促進させるための硬化促進
剤等を配合することが可能である。
As the resin 118 filling the space between the semiconductor device 13 and the substrate 115, a liquid epoxy resin, phenol resin, polyimide resin, silicone resin or the like used for general semiconductor encapsulation can be used. In order to adjust the coefficient of thermal expansion and elastic modulus of silica, alumina, particles of inorganic materials such as boron nitride, one or two or more kinds are blended, and if necessary, a resin such as silicone or thermoplastic resin, alkoxysilane or It is possible to compound a coupling agent such as titanate, a coloring agent, a flame retardant for imparting flame retardancy, a curing accelerator for accelerating the curing reaction of the flame retardant auxiliary resin layer, and the like.

【0104】本実施例では、半導体装置上の突起状電極
のピッチと各種電子機器に用いられている基板の電極の
ピッチが異なる場合であっても、所定の基板を介するこ
とにより各種電子機器に接続する事が可能となる。
In this embodiment, even when the pitch of the protruding electrodes on the semiconductor device is different from the pitch of the electrodes of the substrate used for various electronic devices, the electronic devices can be connected to various electronic devices via a predetermined substrate. It becomes possible to connect.

【0105】なお、半導体装置となる基板への実装と同
様に、一般電子機器に用いられる回路基板に実装する場
合も同様とする。
It is to be noted that, similarly to the case where the semiconductor device is mounted on a substrate to be a semiconductor device, the same applies to the case where the semiconductor device is mounted on a circuit board used for general electronic equipment.

【0106】なお、これまで説明した実施例においては
必要に応じて、例えば半導体装置の絶縁層に低弾性の材
料を使用し、かつ厚さ35ミクロン以上の絶縁層を形成
することで、接続部の破壊を防止することができる。ま
た、低弾性の絶縁層が存在することで、接続部に生じる
応力を大幅に低減することが可能となる。このため、半
導体装置の接続寿命は大幅に向上する。
In the embodiments described above, if necessary, for example, a low-elastic material is used for the insulating layer of the semiconductor device and an insulating layer having a thickness of 35 μm or more is formed. Can be prevented from being destroyed. Further, the presence of the low-elasticity insulating layer makes it possible to greatly reduce the stress generated at the connection part. Therefore, the connection life of the semiconductor device is significantly improved.

【0107】また、約35マイクロメートル以上といっ
た厚膜の絶縁層を採用する場合、従来の配線形成方法が
適用できない。絶縁層を厚膜形成する場合、絶縁層形成
用の材料は高粘度であるため、スピンコート法では気泡
を含んだ絶縁層となってしまい、絶縁層としての機能を
はたさなくなってしまう。これとは別に新規の厚膜形成
方法を開発したとしても、35マイクロメートルの膜厚
では光の透過性が低下するため、露光現像では絶縁層の
開口部等を高精度にパターン形成することができない。
この問題が解決できたとしても絶縁層の開口部の側壁は
80度程度かそれ以上の概垂直であり、かつその高さが
配線厚さより大幅に大きい値となるため、金属配線が側
壁に形成され難くなる。またたとえ形成できた場合で
も、側壁と上層との境界部において金属配線の屈曲部が
形成されるため、この場所に応力が集中しやすく、この
ため亀裂が進展しやすい。このため、回路基板接続時の
接続寿命が短くなってしまう。
In the case where a thick insulating layer having a thickness of about 35 μm or more is employed, the conventional wiring forming method cannot be applied. When the insulating layer is formed to have a large thickness, the material for forming the insulating layer has a high viscosity, so that the spin coating method results in an insulating layer containing air bubbles, and does not function as the insulating layer. Even if a new method for forming a thick film is developed separately, the light transmittance is reduced at a film thickness of 35 micrometers, so that the opening and the like of the insulating layer can be formed with high precision by exposure and development. Can not.
Even if this problem can be solved, the side wall of the opening of the insulating layer is approximately vertical of about 80 degrees or more, and the height is much larger than the wiring thickness, so that the metal wiring is formed on the side wall. It is hard to be done. Even if it can be formed, the bent portion of the metal wiring is formed at the boundary between the side wall and the upper layer, so that stress is easily concentrated at this location, and the crack is easily developed. For this reason, the connection life when connecting the circuit board is shortened.

【0108】そこで前述のように微小粒子を含有した絶
縁材料をマスク印刷することで、厚膜絶縁層の形成を行
い、絶縁層開口部の形状をなだらかな斜面とすることが
好ましい。これにより、絶縁層上の配線は従来工法によ
り形成可能となり、かつ応力が集中する様な金属配線の
屈曲部も存在しないため、配線の断線も生じにくくな
る。なお、本明細書では、この厚膜絶縁層を応力緩和層
と記載している。
Therefore, it is preferable to form a thick insulating layer by mask printing the insulating material containing fine particles as described above, and to make the shape of the opening of the insulating layer a gentle slope. As a result, the wiring on the insulating layer can be formed by the conventional method, and since there is no bent portion of the metal wiring where stress is concentrated, disconnection of the wiring hardly occurs. In this specification, this thick film insulating layer is described as a stress relaxation layer.

【0109】[0109]

【発明の効果】本発明によれば、アンダーフィルの不要
なフリップチップ接続を可能とする半導体装置が実現さ
れる。
According to the present invention, a semiconductor device which enables flip-chip connection without underfill is realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体装置の一実施例の構造を示す部
分断面図
FIG. 1 is a partial sectional view showing a structure of an embodiment of a semiconductor device of the present invention.

【図2】本実施例の半導体装置が連続的に形成されてい
る状態を示す平面図
FIG. 2 is a plan view showing a state where the semiconductor device of the present embodiment is formed continuously.

【図3】本発明の半導体装置の製造工程の一例を示した
図(1)
FIG. 3 is a diagram (1) showing an example of the manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.

【図4】本発明の半導体装置の製造工程の一例を示した
図(2)
FIG. 4 is a diagram (2) showing an example of the manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.

【図5】本発明の半導体装置の製造工程の一例を示した
図(3)
FIG. 5 is a diagram (3) showing an example of the manufacturing process of the semiconductor device of the present invention;

【図6】本発明の応力緩和層の形成に使用する印刷用マ
スクを示した図
FIG. 6 is a view showing a printing mask used for forming a stress relaxation layer of the present invention.

【図7】応力緩和層を印刷している工程を示す図FIG. 7 is a diagram showing a process of printing a stress relaxation layer.

【図8】印刷マスクがウェーハより上昇する版離れ工程
を示す図
FIG. 8 is a view showing a plate separation process in which a print mask is raised from a wafer.

【図9】応力緩和層が形成された半導体装置を示した図FIG. 9 is a diagram showing a semiconductor device on which a stress relaxation layer is formed.

【図10】露光用マスクをレジストに密着させた状態を
示した図
FIG. 10 is a diagram showing a state in which an exposure mask is closely attached to a resist.

【図11】再配線用配線の一例を示した図FIG. 11 is a diagram showing an example of rewiring wiring;

【図12】再配線用配線の別の一例を示した図FIG. 12 is a diagram showing another example of the rewiring wiring;

【図13】実際の再配線用配線パターンの現像不足を示
す図
FIG. 13 is a diagram showing insufficient development of an actual wiring pattern for rewiring;

【図14】再配線用配線の別の一例を示した図FIG. 14 is a diagram showing another example of the rewiring wiring;

【図15】再配線用配線の別の一例を示した図FIG. 15 is a diagram showing another example of the wiring for rewiring.

【図16】再配線用配線の別の一例を示した図FIG. 16 is a diagram showing another example of the rewiring wiring;

【図17】本発明における第七工程までを経た半導体装
置を示した図
FIG. 17 is a view showing a semiconductor device which has gone through the seventh step in the present invention.

【図18】応力緩和層の膜厚と応力の関係を示した図FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the thickness of a stress relaxation layer and stress.

【図19】応力緩和層の膜厚とα線の関係を示した図FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the thickness of a stress relaxation layer and α rays.

【図20】本発明の半導体装置の構造の一実施例を示す
FIG. 20 is a diagram showing one embodiment of the structure of the semiconductor device of the present invention;

【図21】本発明の半導体装置の構造の一実施例を示す
FIG. 21 is a diagram showing an embodiment of the structure of the semiconductor device of the present invention.

【図22】本発明の半導体装置の構造の一実施例を示す
FIG. 22 is a view showing one embodiment of the structure of the semiconductor device of the present invention;

【図23】本発明の半導体装置の構造の一実施例を示す
FIG. 23 is a diagram showing one embodiment of the structure of the semiconductor device of the present invention.

【図24】応力緩和層の膜厚を部分的に薄くした半導体
装置を示した図
FIG. 24 is a diagram showing a semiconductor device in which the thickness of a stress relaxation layer is partially reduced.

【図25】応力緩和層の膜厚を部分的に薄くした半導体
装置を回路基板に接続した状態を示した図
FIG. 25 is a diagram showing a state in which a semiconductor device in which the thickness of a stress relaxation layer is partially reduced is connected to a circuit board;

【図26】本発明の半導体装置の構造の一実施例を示す
FIG. 26 is a diagram showing one embodiment of the structure of the semiconductor device of the present invention;

【図27】応力緩和層を半導体装置と隣の半導体装置と
の境界をまたいで形成した状態を示した図
FIG. 27 illustrates a state in which a stress relaxation layer is formed across a boundary between a semiconductor device and an adjacent semiconductor device.

【図28】応力緩和層を切断する方法を示した図FIG. 28 is a view showing a method of cutting the stress relaxation layer.

【図29】半導体装置を基板に搭載した一実施例の図FIG. 29 is a diagram of an embodiment in which a semiconductor device is mounted on a substrate.

【図30】半導体装置を基板に搭載した別の一実施例の
FIG. 30 is a view of another embodiment in which a semiconductor device is mounted on a substrate.

【図31】従来の半導体装置を示した図FIG. 31 shows a conventional semiconductor device.

【図32】従来の半導体装置を回路基板に接続した状態
を示した図
FIG. 32 shows a state in which a conventional semiconductor device is connected to a circuit board.

【図33】本発明の半導体装置の構造の一実施例を示す
FIG. 33 is a diagram showing one embodiment of the structure of the semiconductor device of the present invention.

【図34】本発明の半導体装置の構造の別の一実施例を
示す図
FIG. 34 is a view showing another embodiment of the structure of the semiconductor device of the present invention.

【図35】本発明の半導体装置の構造の別の一実施例を
示す図
FIG. 35 is a view showing another embodiment of the structure of the semiconductor device of the present invention;

【図36】本発明の半導体装置の構造の別の一実施例を
示す図
FIG. 36 is a view showing another embodiment of the structure of the semiconductor device of the present invention;

【図37】本発明の半導体装置の構造の一実施例を示す
FIG. 37 is a diagram showing one embodiment of the structure of the semiconductor device of the present invention;

【図38】本発明の半導体装置の構造の別の一実施例を
示す図
FIG. 38 is a view showing another embodiment of the structure of the semiconductor device of the present invention;

【図39】本発明の半導体装置の構造の別の一実施例を
示す図
FIG. 39 is a view showing another embodiment of the structure of the semiconductor device of the present invention;

【図40】本発明の半導体装置の構造の別の一実施例を
示す図
FIG. 40 is a view showing another embodiment of the structure of the semiconductor device of the present invention.

【図41】ガラス転移温度と線膨張係数の関係を示す図FIG. 41 is a diagram showing a relationship between a glass transition temperature and a linear expansion coefficient.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…バンプ、1aa…縦長バンプ、2…Auめっき、3
…バンプパッド、4…再配線用配線、5…応力緩和層、
6…表面保護膜、7…アルミパッド、8…保護膜、9…
半導体が形成されたウェーハ、10…バンプ、11…金
属配線、12…絶縁層、13…半導体装置、14…回路
基板、15…アンダーフィル、16…給電膜、17…配
線の逆パターン、18…アルミパッドと配線の接続部
分、19…下層部分との境界、20…隙間、21…露光
マスク、22…レジスト、23…アルミパッドとの接続
部、24…切断部、25…ニッケル合金製ステンシル、
26…樹脂シート、27…枠、28…印刷マスクのパタ
ーン開口部、102…シリカ粒子、110…メモリセ
ル、115…基板、116…電極、118…樹脂、12
0…電極、121…電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Bump, 1aa ... Vertical bump, 2 ... Au plating, 3
... Bump pad, 4 ... Rewiring wiring, 5 ... Stress relaxation layer,
6 ... surface protective film, 7 ... aluminum pad, 8 ... protective film, 9 ...
Semiconductor-formed wafer, 10 bump, 11 metal wiring, 12 insulating layer, 13 semiconductor device, 14 circuit board, 15 underfill, 16 power supply film, 17 reverse wiring pattern, 18 Connection portion between aluminum pad and wiring, 19: boundary between lower layer portion, 20: gap, 21: exposure mask, 22: resist, 23: connection portion with aluminum pad, 24: cut portion, 25: stencil made of nickel alloy,
26 ... resin sheet, 27 ... frame, 28 ... pattern opening of print mask, 102 ... silica particles, 110 ... memory cell, 115 ... substrate, 116 ... electrode, 118 ... resin, 12
0 ... electrode, 121 ... electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 康介 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 大録 範行 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 宝蔵寺 裕之 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 皆川 円 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 角田 重晴 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 諫田 尚哉 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 安生 一郎 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 西村 朝雄 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 氏家 健二 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 矢島 明 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 Fターム(参考) 4M109 AA02 BA07 CA12 EA07 EA15 EB13 ED03 ED05 ED07 EE02 5F061 AA02 BA07 CA12 CB02 CB06 CB13  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kosuke Inoue 292, Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Hitachi, Ltd. Production Technology Research Institute (72) Inventor Noriyuki 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Address: Within Hitachi, Ltd. Production Technology Research Laboratories (72) Inventor Hiroyuki Hozoji 292, Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Within Hitachi Manufacturing Co., Ltd. 292 Machi-cho, Hitachi, Ltd.Production Technology Research Laboratories (72) Inventor Shigeharu Tsunoda 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture, Ltd.Hitachi Manufacturing Technology Research Laboratory (72) Inventor Naoya Isada, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Hitachi, Ltd. Within Hitachi Semiconductor Co., Ltd. 5-2-1, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo (72) Inventor Asao Nishimura Within Hitachi Semiconductor Co., Ltd. 5-2-1, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo ( 72) Inventor Kenji Ujiie 5-2-1, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo Inside the Hitachi, Ltd.Semiconductor Group (72) Inventor Akira Yajima 5-2-1, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo Co., Ltd. F-term in Hitachi Semiconductor Group (reference) 4M109 AA02 BA07 CA12 EA07 EA15 EB13 ED03 ED05 ED07 EE02 5F061 AA02 BA07 CA12 CB02 CB06 CB13

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体素子の回路形成面側に絶縁層を形成
し、さらに前記絶縁層上に前記半導体素子に接続される
金属配線を形成する構造において、前記絶縁層の特性が
厚さ方向で異なり、半導体素子側の絶縁層の特性が半導
体素子に近く、電極側はこれらを搭載する基板の特性に
近くなっていることを特徴とする半導体装置。
In a structure in which an insulating layer is formed on a circuit forming surface side of a semiconductor element and a metal wiring connected to the semiconductor element is formed on the insulating layer, the characteristics of the insulating layer in a thickness direction In contrast, a semiconductor device is characterized in that the characteristics of the insulating layer on the semiconductor element side are close to those of the semiconductor element, and the characteristics of the electrode side are close to the characteristics of the substrate on which they are mounted.
【請求項2】請求項1において、前記絶縁層の特性が熱
膨脹係数であることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the characteristic of the insulating layer is a coefficient of thermal expansion.
【請求項3】請求項2において、前記絶縁層の特性が絶
縁層上の電極から半導体素子の回路面に向かって熱膨脹
係数が小さくなることを特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the characteristic of the insulating layer is such that the coefficient of thermal expansion decreases from the electrode on the insulating layer toward the circuit surface of the semiconductor element.
【請求項4】請求項1において、前記絶縁層の特性が弾
性率であることを特徴とする半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the characteristic of the insulating layer is an elastic modulus.
【請求項5】請求項4において、前記絶縁層の特性が絶
縁層上の電極から半導体素子の回路面に向かって弾性率
が小さくなることを特徴とする半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the characteristic of the insulating layer is such that the elastic modulus decreases from the electrode on the insulating layer toward the circuit surface of the semiconductor element.
【請求項6】請求項1において、前記半導体素子上に形
成した絶縁層中に配合した絶縁性粒子が分散し、絶縁層
上の電極から半導体素子の回路面に向かって前記絶縁性
粒子の体積比が大きくなっていることを特徴とする半導
体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating particles mixed in the insulating layer formed on the semiconductor element are dispersed, and the volume of the insulating particles from the electrode on the insulating layer toward the circuit surface of the semiconductor element. A semiconductor device having a high ratio.
【請求項7】請求項6に記載の絶縁性粒子がシリカ粒子
であることを特徴とする半導体装置。
7. A semiconductor device, wherein the insulating particles according to claim 6 are silica particles.
【請求項8】請求項1において、前記半導体素子上に形
成した前記金属配線につながる外部電極端子上に突起電
極を設けてなることを特徴とする半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein a protruding electrode is provided on an external electrode terminal connected to said metal wiring formed on said semiconductor element.
【請求項9】半導体素子と、該半導体素子の上に形成さ
れた絶縁層と、該絶縁層の上に形成された外部接続端子
と、該絶縁層の上に形成され、かつ、該外部接続端子と
該半導体素子の回路電極を電気的に接続する配線とを有
する半導体装置であって、該絶縁層は絶縁材料をマスク
を用いて印刷することで形成され、かつ該絶縁層は粒子
を有し、さらに、該粒子は前記半導体素子側付近にある
粒子の径が前記外部接続端子側付近にある粒子の径より
も大きいことを特徴とする半導体装置。
9. A semiconductor device, an insulating layer formed on the semiconductor device, an external connection terminal formed on the insulating layer, and an external connection formed on the insulating layer. A semiconductor device having a terminal and a wiring for electrically connecting a circuit electrode of the semiconductor element, wherein the insulating layer is formed by printing an insulating material using a mask, and the insulating layer includes particles. Further, the semiconductor device is characterized in that the diameter of the particles near the semiconductor element is larger than the diameter of the particles near the external connection terminal.
【請求項10】半導体素子と、該半導体素子の上に絶縁
材料をマスクを用いて印刷することで形成された傾斜部
を有する絶縁層と、該絶縁層の上に形成された外部接続
端子と、該絶縁層の上に形成され、かつ、該外部接続端
子と該半導体素子の回路電極を電気的に接続する配線と
を有し、該絶縁層の特性が厚さ方向で異なり、該半導体
素子側の絶縁層の特性は該半導体素子の特性に近く、該
外部接続端子側の絶縁層の特性は前記半導体装置を搭載
する基板の特性に近いことを特徴とする半導体装置。
10. A semiconductor element, an insulating layer having an inclined portion formed by printing an insulating material on the semiconductor element by using a mask, and an external connection terminal formed on the insulating layer. A wiring formed on the insulating layer and electrically connecting the external connection terminal and a circuit electrode of the semiconductor element, wherein the characteristics of the insulating layer differ in the thickness direction, and the semiconductor element A semiconductor device having characteristics similar to those of the semiconductor element, and characteristics of the insulating layer closer to the external connection terminal are similar to characteristics of a substrate on which the semiconductor device is mounted.
【請求項11】前記絶縁層が粒子を有することを特徴と
する請求項10に記載の半導体装置。
11. The semiconductor device according to claim 10, wherein said insulating layer has particles.
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