JP2003179183A

JP2003179183A - 半導体装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2003179183A
Application number: JP2002367453A
Authority: JP
Inventors: 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; Shigeharu Tsunoda; 重晴角田; Naoya Isada; 尚哉諫田; Madoka Minagawa; 円皆川; Ichiro Anjo; 一郎安生; Asao Nishimura; 朝雄西村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2003-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】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すること
にある。【解決手段】本発明は、上記目的を達成するために、半
導体素子と、粒子を含有する絶縁材料を該半導体素子の
上にマスク印刷することで形成された絶縁層と、該絶縁
層の上に形成され該半導体素子の有する電極と電気的に
接続した外部接続端子とを有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。また、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に半田バンプを形成する場
合において、そのはんだバンプに含まれる不純物の崩壊
によってα線が発生し、トランジスタ部の誤動作を引き
起こす場合がある。

【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する
ことにある。

【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。このように、所望の絶縁層（厚膜絶縁層）の上に、
配線を形成することにより上記目的は達成される。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。これによって、半導体装置の接続
寿命は大幅に向上する。また、絶縁層を所定の厚さにす
ることで、ウエハ等に生じる応力を緩和することのみな
らず、不要なα線を遮断することができる。

【００１２】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
適用しづらい。つまり、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困
難である。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。

【００１３】そこで、例えば、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
で、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い。また、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
頼性を一層向上させることができる。すなわち断線を一
層抑制することができる。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。

【００１４】

【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。

【００１５】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。

【００１６】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
ＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）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。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。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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００４３】

【表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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【０１０６】

【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。

【図面の簡単な説明】

【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

【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

【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）

【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）

【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）

【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

【図７】応力緩和層を印刷している工程を示す図

【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

【図９】応力緩和層が形成された半導体装置を示した図

【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

【図１１】再配線用配線の一例を示した図

【図１２】再配線用配線の別の一例を示した図

【図１３】実際の再配線用配線パターンの現像不足を示
す図

【図１４】再配線用配線の別の一例を示した図

【図１５】再配線用配線の別の一例を示した図

【図１６】再配線用配線の別の一例を示した図

【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

【図１８】応力緩和層の膜厚と応力の関係を示した図

【図１９】応力緩和層の膜厚とα線の関係を示した図

【図２０】本発明の半導体装置の構造の一実施例を示す
図

【図２１】本発明の半導体装置の構造の一実施例を示す
図

【図２２】本発明の半導体装置の構造の一実施例を示す
図

【図２３】本発明の半導体装置の構造の一実施例を示す
図

【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

【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

【図２６】本発明の半導体装置の構造の一実施例を示す
図

【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

【図２８】応力緩和層を切断する方法を示した図

【図２９】半導体装置を基板に搭載した一実施例の図

【図３０】半導体装置を基板に搭載した別の一実施例の
図

【図３１】従来の半導体装置を示した図

【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

【図３３】本発明の半導体装置の構造の一実施例を示す
図

【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

【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

【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

【図３７】本発明の半導体装置の構造の一実施例を示す
図

【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

【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

【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

【図４１】ガラス転移温度と線膨張係数の関係を示す図

【符号の説明】

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

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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
有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記絶縁層が粒子を有することを特徴とす
る請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】半導体素子と、該半導体素子の上に形成さ
れた傾斜部を有する粒子入り絶縁層と、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
的に接続する配線を有することを特徴とする半導体装
置。
【請求項４】前記絶縁層を形成する絶縁材料と同じ材料
で前記粒子を構成したことを特徴とする請求項２または
３に記載の半導体装置。
【請求項５】前記粒子の径は１０マイクロメートル以下
であることを特徴とする請求項２または３に記載の半導
体装置。
【請求項６】前記絶縁層の傾斜部と該絶縁層の厚さがほ
ぼ一定となる平坦部の境界付近においてふくらみ部分を
有することを特徴とする請求項１または３に記載の半導
体装置。
【請求項７】前記絶縁層の厚さが約３５マイクロメート
ル乃至約１５０マイクロメートルであることを特徴とす
る請求項１または３に記載の半導体装置。
【請求項８】前記絶縁層の厚さは、前記半導体素子の厚
さの１／２０から１／５であることを特徴とする請求項
１または３に記載の半導体装置。
【請求項９】前記絶縁層の傾斜部の傾きが前記半導体素
子の回路面に対して約５％乃至約３０％であることを特
徴とする請求項１または３に記載の半導体装置。
【請求項１０】前記絶縁層の弾性率は約０．１ＧＰａ乃
至約１０ＧＰａであることを特徴とする請求項１または
３に記載の半導体装置。
【請求項１１】前記絶縁層は硬化温度が摂氏約１００度
から約２５０度である材料で構成されていることを特徴
とする請求項１または３に記載の半導体装置。
【請求項１２】前記絶縁層のガラス転移温度が摂氏１５
０度から４００度であることを特徴とする請求項１また
は３に記載の半導体装置。
【請求項１３】前記絶縁層の熱分解温度が摂氏３００度
から４５０度であることを特徴とする請求項１または３
に記載の半導体装置。
【請求項１４】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、かつ、該絶
縁層の上に形成された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を有し、該絶縁層のガラス転移温度は摂氏１５０度から４００度
であり、該絶縁層の熱分解温度は摂氏３００度から４５
０度であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】前記絶縁層は少なくともポリイミド、ポ
リアミド、ポリアミドイミド、エポキシ、フェノール、
シリコーンのいずれかから構成されていることを特徴と
する請求項１または３に記載の半導体装置。
【請求項１６】ウエハの上に絶縁層をマスクを用いて印
刷して形成する工程を有することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
【請求項１７】ウエハの上に絶縁層をマスクを用いて印
刷して形成する第一の工程と、該ウエハの回路電極から該絶縁層の傾斜部及び平坦部に
またがって配線を形成する第二の工程と該配線および回
路電極と電気的に接続される外部接続端子を該絶縁層の
上に形成する第三の工程を有することを特徴とする半導
体装置の製造方法。
【請求項１８】ウエハの上に絶縁層をマスクを用いて印
刷して形成する第一の工程と、該絶縁層の上にパッドを形成する第二の工程と、該ウエハの回路電極と該パッドを電気的に接続する配線
を該絶縁層の上に形成する第三の工程と、該パッドの上に外部接続端子を形成する第四の工程とを
有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】前記絶縁層が粒子を有することを特徴と
する請求項１６から１８のいずれかに記載の半導体装置
の製造方法。
【請求項２０】前記マスクを用いて印刷を複数回行なう
ことにより絶縁層を形成することを特徴とする請求項１
６から１８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】前記第一の工程において、前記マスクの
開口部に対して頂点から対向する頂点へスキージを移動
させて前記絶縁層を印刷して形成することを特徴とする
請求項１６から１８のいずれかに記載の半導体装置の製
造方法。