JP2004006452A

JP2004006452A - 半導体装置

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Publication number: JP2004006452A
Application number: JP2002158735A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Yamaguchi; 山口　欣秀; Hiroyuki Tenmyo; 天明　浩之; Kosuke Inoue; 井上　康介; Yasuhiro Yano; 矢野　康洋; Yoshii Morishita; 森下　芳伊; Toshiaki Tanaka; 田中　俊明; Atsushi Kazama; 風間　敦; Toshio Miyamoto; 宮本　俊夫
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: JP3947043B2

Abstract

【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】本発明の半導体装置は、半導体上に設けられた第１の外部接続端子と、前記第１の外部接続端子上に開口部が位置するように、前記半導体上に形成された第１の絶縁層と、少なくとも前記開口部を避けるようにして前記第１の絶縁層上に形成された第２の絶縁層と、前記第２の絶縁層の上面の一部に密着して形成された第２の外部接続端子と、前記第１の外部接続端子と前記第２の外部接続端子との間を電気的に接続する配線層であって、下面が前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層の上面に密着して形成された配線層と、前記配線層の上面および側面に密着するようにして形成され、かつ前記第２の外部接続端子の上部の少なくとも一部を開口するようにして形成された第３の絶縁層とを有し、前記第３の絶縁層が、前記第１の絶縁層、第１の外部接続端子、第２の絶縁層、配線層の上部を被覆しており、前記第３の絶縁層の膜厚が前記配線層の膜厚の０．８〜２５倍となる。
【選択図】　　　　図１

Description

【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１６に示す。同図においては、アルミパッド７が絶縁層１２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１７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１１−１１１７６８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、前記従来技術には、以下のような問題がある。
第１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。
第２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。
【０００７】
第１および第２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。
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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前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。本発明では、半導体基板の表面に第１から第３の絶縁層を設け、第１の外部接続端子と第２の外部接続端子を相互接続する配線の下面を第２の絶縁層の上面に密着させ、配線の上面および側面には該配線の厚みに対して所望の膜厚範囲にある第３の絶縁層を密着させ、さらに第３の絶縁層が前記第１の絶縁層、第１の外部接続端子、第２の絶縁層、配線の上部を被覆させる。
【０００９】
この構造によると、半導体装置の表面に設けた複数の絶縁層が配線に密着しながら相互に挟み込んでいるため、配線および該配線に接続された第１及び第２の外部接続端子に作用する応力が絶縁層全体に分散される。このような機構により、配線、接続端子、及びバンプの破壊を効果的に防止することができる。これによって、半導体装置の接続寿命は大幅に向上する。
【００１０】
また、本発明では、第２の絶縁層の膜厚、弾性係数、破断伸び率、破断強度と、第３の絶縁層の膜厚、弾性係数、破断伸び率、破断強度とが所望の関係式を満たす事が望ましい。これらの値が所望の関係式を満たす場合、配線へ作用する熱応力はこれら２層の間にバランスよく分散され、半導体装置の接続寿命は向上する。
【００１１】
このようにして第２及び第３の絶縁層に分散された熱応力は、第１の絶縁層及び第３の絶縁層の何れもが第２の絶縁層よりも薄くなるようにしておくことにより、さらに広い範囲に分散されることになり、該半導体装置の接続寿命をさらに延ばすことができる。
【００１２】
また、第３の絶縁層は、
（１）動的粘弾性測定によって決定されるガラス転移温度Ｔｇが２００℃以上である、
（２）窒素下で測定した５％重量減少開始温度Ｔｄ（５）が３００℃以上である、
（３）２５℃（室温）下で測定した破断伸び率が１０％以上である、
（４）８０℃以上、３００℃以下で硬化された感光性樹脂ワニスから形成された膜である、
などの特性を有していることが望ましく、或いは、
（５）膜厚２〜３０μｍ、
（６）動的粘弾性測定から求められる弾性係数が２５℃で１．５〜５ＧＰａ、
（７）２５℃付近における線膨脹係数が１００ｐｐｍ／℃以下であるか、２５℃〜２５０℃の間の平均膨張率が２５０ｐｐｍ／℃以下、
（８）動的粘弾性測定から求められるガラス転移温度Ｔｇが１８０℃以上、
（９）感光性樹脂ワニスから得られた硬化物、
などの特性を有していることが望ましい。
さらに望ましくは、前記（１）〜（４）のうち何れか２つ以上、又は（５）〜（９）のうち何れか２つ以上の特徴を併せ持つことである。
【００１３】
一方、第２の絶縁層は、その端部の形状として、第２の絶縁層の最外縁部において第１の絶縁層となす接触角が３０％以下の勾配であり、前記第２の絶縁層の最外縁部と前記第２の絶縁層の最大膜厚箇所とを直線で結んで得られる平均仰角が３度以上５０度以下、であることが望ましい。また、前記第２の絶縁層の最外縁部と前記第２の絶縁層の最大膜厚箇所とを絶縁層の形状にならって結んだときに得られる最大傾斜角が１００％以下の勾配であることが望ましい。このように、第２の絶縁層の端部最外縁部から最大膜厚部にわたる形状を細かく規定することによって、絶縁層に作用する応力を効率的に分散させることができる。
【００１４】
こうした所望の形状を安価かつ効率的に形成するためには、第２の絶縁層が印刷またはディスペンス可能な絶縁層用樹脂ワニスから成膜されたものであって、イミド骨格を繰り返し単位に持っているポリイミド樹脂あるいは変性ポリイミド樹脂であることが望ましい。その場合、前記絶縁層用樹脂ワニスは、回転粘度計によって求められる粘度が１〜１０００Ｐａ・ｓ、チクソトロピーインデックスが１．２〜１０の範囲であることが望ましく、２５０℃以下の温度で硬化させた場合に残存溶剤量５重量％以下の硬化物を与えるものであるとよい。
【００１５】
さらに、第２の絶縁層が、
（１）膜厚４０〜１５０μｍ、
（２）動的粘弾性測定から求められる弾性係数が２５℃で１００〜２０００ＭＰａ、
（３）２５℃付近における線膨脹係数が２００ｐｐｍ／℃以下であるか、−５５℃〜２００℃の間の平均膨張率が３００ｐｐｍ／℃以下、
（４）動的粘弾性測定から求められるガラス転移温度Ｔｇが１８０℃以上、
などの特徴を有していることが望ましく、これらの特徴の２つ以上を併せ持つことがさらに好ましい。
【００１６】
本発明で好適な第１の絶縁層は、動的粘弾性測定によって決定されるガラス転移温度Ｔｇが２００℃以上、膜厚２〜２０μｍなどの特徴を有する有機樹脂などである。
【００１７】
本発明では、第１から第３の絶縁層、第１〜第２の外部接続端子、配線が前記のような特徴を有し、第２の外部接続端子の上部に第３の絶縁層の開口部を設け、さらにその開口部にバンプを設ける。その場合、公知慣用のバンプ材質を使用することができるが、本発明に特に好適なバンプを具体的に例示すると、例えば、Ｐｂ／Ｓｎ共晶はんだ、ＳｎＡｇＣｕなどのＰｂフリーはんだ、導電性樹脂を利用するポリマーバンプ（導電性材料）などがある。また前記第３の絶縁層の開口部がバンプの形状を制御するためのダムとして機能していてもかまわない。
【００１８】
本発明の半導体装置は携帯電話、カーナビゲーションシステム、パーソナルデジタルアシスタンス（ＰＤＡ：ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、ノート型パソコンなどの携帯用電子機器に好適である。また、半導体メモリ装置または半導体メモリを含むモジュール装置、例えば、マイコンとメモリを一体化したマルチチップモジュールなどにも好適である。特に、動作周波数２００ＭＨｚ以上で動作するメモリ装置、特にラムバスメモリやダブルデータレートメモリなどの高速半導体メモリ装置または高速半導体メモリを含むモジュールやマルチチップモジュールなどに好適である。
【００１９】
【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。
【００２０】
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。
【００２１】
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には第１の外部接続端子、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において、ＱＦＰ（ＱｕａｄＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）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の表面には第１の絶縁層８が形成されているが、少なくとも、第１の外部接続端子となるアルミパッド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の表面では、前記第１の絶縁層８が覆っていない開口領域がある。その他の領域の一部を検査等の目的のために必要に応じて除去することもある。
【００２２】
この第１の絶縁層８には厚さ２乃至２０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積層複合膜を使用している。この積層複合膜を使用する場合、前記有機膜は感光性樹脂材料を使用することが望ましい。そのような有機膜としてさらに好ましくは、動的粘弾性測定によって決定されるガラス転移温度Ｔｇが２００℃以上、膜厚２〜２０マイクロメートルの有機樹脂からなる膜であるとよい。ガラス転移温度が２００℃を下回る有機樹脂層を含んでいると、絶縁層８の上部に応力緩和層５や配線４、表面保護膜６を形成する場合に、絶縁層８が変形や変質を起こす危険性がある。本実施例で第１の絶縁層８の有機膜として好適な感光性樹脂材料を例示すると、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、これに限らず半導体保護膜として公知慣用の無機材料、有機材料、或いは、これらの複合膜が使用できる。例えば無機膜としては、ＳｉＮ_２やＳｉＯ_２などが使用できる。
【００２３】
第１の絶縁層８の上には、前記第１の絶縁層８の開口領域を避けて、厚さ４０乃至１５０マイクロメートルの第２の絶縁層５が形成されている。なお、この第２の絶縁層５は、その上部に形成された第２の外部接続端子に作用する応力を緩和する作用を有するために設けた層であるため、以後、応力緩和層５と呼ぶこともある。応力緩和層５の膜厚は、半導体基板のサイズ、応力緩和層の弾性率、半導体基板の厚さ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基板の厚さは、およそ１５０乃至７５０マイクロメートルであり、半導体基板とその表面（主面）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、所要の応力緩和層の膜厚は１０乃至２００マイクロメートルが望ましく、更に好ましくは４０乃至１５０マイクロメートルであることがわかったため、本実施例ではこの膜厚範囲で形成した。これは、半導体基板の厚みに対して約１／２０から１／５程度の厚みに相当する。膜厚が４０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困難で、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て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、生産性が低下する懸念がある。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２５℃において０．１ＧＰａ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。
【００２４】
なお、本願発明の弾性係数は動的粘弾性測定によって求めたもので、動的粘弾性測定装置は市販されており、それを用いて測定することができ、測定周波数は０．００１〜１００Ｈｚとすることが好ましく、本願発明では１Ｈｚで測定した。さらに好ましくは、０．１〜２．０ＧＰａの範囲である。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、半導体基板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。
【００２５】
応力緩和層５の上部に密着して再配線用配線４や表面保護膜６を形成するため、これらの層を形成する材料の膨脹係数と応力緩和層５の膨脹係数とが著しく異ならないように留意する。より具体的には、２５℃付近における線膨脹係数が２００ｐｐｍ／℃以下であるか、−５５℃〜２００℃の間の平均膨張率が３００ｐｐｍ／℃以下となる材料の中から選択することが好ましい。さらに好ましくは、２５℃付近における線膨脹係数が１００ｐｐｍ／℃以下であるか、−５５℃〜２００℃の間の平均膨張率が２５０ｐｐｍ／℃以下である。一般にガラス転位温度が高い材料ほど線膨脹係数が小さい傾向にあるから、ガラス転移温度Ｔｇが１８０℃以上であるかどうかを目安にすると簡便である。
【００２６】
なお、本願発明ではガラス転位温度は動的粘弾性測定から求めたものである。２５℃付近における線膨脹係数が２００ｐｐｍを超えるか、あるいは、−５５℃〜２００℃の間の平均膨張率が３００ｐｐｍ／℃を超えるような大きな線膨脹係数を有している材料を応力緩和層５として使用すると、応力緩和層５と再配線用配線４との間、あるいは、応力緩和層５と表面保護膜６との間の界面での剥離の危険性が生じたり、応力緩和層５や再配線用配線４、表面保護層６にクラックが生じる危険性が高まる。
【００２７】
応力緩和層５のエッジ部は傾斜を有している。その傾斜部を拡大して模式的に示すと図２となる。第２の絶縁層（応力緩和層５）の最外縁部において第１の絶縁層８となす接触角αｅｄｇｅが３０％以下の勾配であり、前記第２の絶縁層５の最外縁部と前記第２の絶縁層５の最大膜厚箇所とを直線で結んで得られる平均仰角αａｖｅが５０゜以下であることが望ましい。また、前記第２の絶縁層５の最外縁部と前記第２の絶縁層５の最大膜厚箇所とを絶縁層の形状にならって結んだときに得られる最大傾斜角αｍａｘが１００％以下の勾配であることが望ましい。このように、第２の絶縁層５の端部最外縁部から最大膜厚箇所にわたる形状を細かく規定することによって、絶縁層に作用する応力を効率的に分散させるとともに、後述する製造工程、特に配線形成工程でのプロセスマージンを確保することができる。
【００２８】
図３は配線形成工程において液状レジストを使用する場合に、その液状レジストの膜厚均一性と応力緩和層５のエッジ部分の角度との関係を確認するために我々がおこなった実験結果の一例を示している。図３に例示した実験結果によると、レジストの膜厚が完全に一定である時を均一性１．０、未成膜部分（膜厚ゼロ）が発生する時を均一性０として膜厚の均一性を指数化すると、応力緩和層５の端部の角度が大きくなるほどレジスト膜厚均一性が小さくなる傾向があり、具体的には平均仰角αａｖｅが４０度を越えると膜厚均一性指数が０．２を下回っている。液状レジストの種類や成膜方法、成膜条件によって、平均仰角αａｖｅと膜厚均一性指数との関係は変化するが、平均仰角αａｖｅがおおむね５０度を超えると膜厚均一性指数は０．１を下回ることが多いことが分かった。
【００２９】
我々が別途おこなった実験によると、レジスト膜厚均一性が０．１を下回ると配線形成工程の配線形成の成績が急速に低下することが確認されている。従って、本実施例では応力緩和層５の平均仰角αａｖｅが約５０度以下になるように応力緩和層５を形成した。
【００３０】
なお、前記最大傾斜角αｍａｘや接触角αｅｄｇｅに関しても同様の実験をおこない、その最大傾斜角αｍａｘが１００％超、あるいは接触角αｅｄｇｅが３０％超となる場合にそれぞれ膜厚均一性指数が０．１を下回る傾向があることがわかった。それゆえ、応力緩和層５のエッジ部分の形状に関しては、平均仰角αａｖｅが約５０度以下、接触角αｅｄｇｅが３０％以下の少なくともいずれか１つは満たすように、又は最大傾斜角αｍａｘが１００％以下となるように形状制御した状態で応力緩和層５を形成する。
【００３１】
レジスト膜厚均一性などの製造工程におけるマージンの観点から見ると、応力緩和層５の端部における側面の角度が小さくても問題がなく、むしろ、角度が小さいほど好ましいが、角度が小さくなると別の問題が生じる。例えば、平均勾配２度の場合、ｔａｎ２＝３．５％なので、例えば膜厚１００マイクロメートルの応力緩和層５を得るためには、３ミリメートル程度の水平距離が必要となり、左右のエッジ部（互いに反対側に位置する２つのエッジ部）をあわせるとほぼ６ミリメートル必要で、例えば３ミリ角のチップには収まらない。従って、所望膜厚の応力緩和層５を形成するという観点からは、平均仰角が小さくなりすぎない方がよい。具体的には、本実施例では約３度以上になるようにした。
【００３２】
一方、あらかじめフィルム状に形成されためっき用のフォトレジスト（以後フィルムレジスト）を使用する場合にも、応力緩和層５のエッジ部分の角度と配線形成工程における配線形成の成績との間には相関関係がある。すなわち、エッジ部分の角度が大きくなりすぎると、フィルムレジストを成膜（ラミネート）する際に応力緩和層５のエッジ部分への密着が不足し、該レジストの露光・現像の工程においてパターン形状がいびつになったり、めっき中に密着性の不足しているエッジ部のレジストが剥がれて配線ショートになったりするなどの不良が発生しやすくなる傾向にある。例えば、レジスト密着不良の発生した状態の概略断面構造を図４に、その次工程であるめっきの結果として得られる不良現象例の概略平面構造を図５に示している。応力緩和層５のエッジ部でのフィルムレジスト密着不良の影響のために、密着不良個所近傍の配線４がショートしている。
【００３３】
図６は、配線形成工程において液状レジストに変えてフィルムレジストを使用する場合に、そのフィルムレジストの成膜成績と応力緩和層エッジ部の平均仰角αａｖｅとの関係に関する我々の検討結果の一例を示したもので、エッジ部の平均仰角αａｖｅが４０度を超える場合に、特に、５０度を越える場合にはフィルムレジストの成膜成績が悪くなる傾向が顕著となることが分かった。なお、フィルムレジストの種類や膜厚、成膜条件、応力緩和層５の表面の性状によって、平均仰角αａｖｅと前記エッジ部への密着成績との関係は変化し、例えば、レジスト膜が薄ければ成膜成績は悪くなりやすい傾向がある。
【００３４】
また、最大傾斜角αｍａｘや接触角αｅｄｇｅに関しても同様の検討を行い、最大傾斜角αｍａｘが８０％を超えたり、或いは接触角αｅｄｇｅが２５％を超えるような場合、特に最大傾斜角αｍａｘが１００％を超えたり、或いは接触角αｅｄｇｅが３０％を超えるような場合にはドライフィルムの密着不良発生傾向が高まることが分かった。
【００３５】
従って、応力緩和層５のエッジ部分の形状に関しては、平均仰角αａｖｅが好ましくは約４０度以下、さらに好ましくは約２０度以下、最大傾斜角αｍａｘが好ましくは８０％以下、さらに好ましくは４０％以下、接触角αｅｄｇｅが好ましくは２５％以下、さらに好ましくは１３％以下、の少なくとも何れか１つは満たすように形状制御した状態で応力緩和層５を形成する。
【００３６】
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（傾斜長さ）に対して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％、すなわち平均仰角は約６度である。
【００３７】
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表面のバンプパッド３とを接続している。バンプパッド３はその上に配置された突起状電極１を通して半導体装置１３を外部装置と電気的に接続するための第２の外部接続端子であって、バンプパッド３と再配線用配線４の下面は前記絶縁膜８や応力緩和層５の上面に密着している。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の表面には、前記第１の絶縁層８、第１の外部接続端子７、第２の絶縁層５、および前記再配線用配線４を覆うように第３の絶縁層６が形成されている。この第３の絶縁層は、半導体装置１３の概略全表面を覆っていることから、以後、本発明では表面保護膜６と呼ぶこともある。表面保護膜６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以外の領域を覆っているが、そのほかの領域の一部を検査等の目的のために必要に応じて除去することもある。表面保護膜６は前記再配線用配線４の上面および側面に密着しており、その膜厚は再配線用配線４の膜厚に対して０．８〜２５倍の範囲にある。膜厚が０．８倍以下の場合には、配線のカバーが不十分になって使用中に剥離したりすることがある。逆に配線厚の２５倍を越える膜厚となる場合には、バンプパッド３や切断部２４の上部などを開口するための加工が困難になるという問題が生じやすい。
【００３８】
表面保護膜６で第１の絶縁層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の表面から第１の絶縁層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、第１の絶縁層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。
【００３９】
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。バンプパッド３や切断部２４の上部などに開口部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前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。
【００４０】
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成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成トリアゾール樹脂、変成メラミン樹脂、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。なお、本実施例では、ソルダーレジストを用いた。
【００４１】
表面保護膜６としては、表面保護という本来の目的を考慮すると、表面保護膜６は耐熱性や耐クラック性などの熱機械特性が適切な範囲に入っていることが望ましく、以下の（１）〜（８）の中から選ばれる特徴を少なくとも１つ有していることが本発明に好ましい。さらに望ましくは、（１）〜（４）の中から選ばれる少なくとも２つ、あるいは（５）〜（９）の中から選ばれる少なくとも２つ以上の特徴を有していることが好ましい。
（１）動的粘弾性測定によって決定されるガラス転移温度Ｔｇが２００℃以上である、
（２）窒素下で測定した５％重量減少開始温度Ｔｄ（５）が３００℃以上である、
（３）２５℃下で測定した破断伸び率が１０％以上である、
（４）８０℃以上３００℃以下で硬化された感光性樹脂ワニスから形成された膜である、
（５）膜厚２〜３０μｍ、
（６）動的粘弾性測定から求められる弾性係数が２５℃で１．５〜５ＧＰａ、
（７）２５℃付近における線膨脹係数が１００ｐｐｍ／℃以下であるか、２５℃〜２５０℃の間の平均膨張率が２５０ｐｐｍ／℃以下、
（８）動的粘弾性測定から求められるガラス転移温度Ｔｇが１８０℃以上、
（９）感光性樹脂ワニスから得られた硬化物。
【００４２】
半導体装置１３は一般には配線基板と接続して製品に組み込む際にははんだを溶融させることがおこなわれる。従って、はんだ溶融の条件に対する耐性が必要となり、具体的には、
（１）ガラス転移温度１８０℃以上、さらに望ましくはガラス転移温度２００℃以上であるか、
（２）重量減少開始温度が３００℃以上であるか、
などの特徴を有していることが望ましい。
耐クラック性として、具体的な特性として破断伸び率が１０％以上であることが望ましい。
【００４３】
また、バンプパッド３や切断部２４の上部などに開口部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、硬化温度が低い感光性材料の場合には、製造工程において材料特性が変動しやすい傾向があり、逆に硬化温度を高くしなければいけない場合にはその下層となっている半導体素子９、アルミパッド７、第１の絶縁層８や応力緩和層５、配線層４などが変質・変形したり、特性が変動したりしやすい傾向がある。具体的には、８０℃未満や３００℃超にすると前記のような問題が発生しやすくなる。従って、８０℃以上３００℃以下で硬化されることが望ましい。
【００４４】
表面保護層６としては適切な膜強度が必要であり、そのためには、例えば、膜厚と膜強度が適切な範囲にあることが望ましい。本実施例では、具体的には、硬化後の膜厚が２〜３０μｍの範囲で、硬化後に弾性係数が１．５〜５ＧＰａの範囲となる材料を使用した。
【００４５】
また、表面保護膜６がその下層となっている第１の絶縁層８や応力緩和層５、配線層４などと比べて熱膨張の挙動が大きく異なっている場合には、表面保護層６がそれらから剥離しやすくなり、その結果として、保護層の役目を果たさなくなりやすくなるという問題がある。こうした問題を回避するためには、表面保護層６に使用する材料の線膨脹係数が適切な範囲にあることが望ましい。具体的には、２５℃付近における線膨脹係数が１００ｐｐｍ／℃以下であるか、２５℃〜２５０℃の間の平均膨張率が２５０ｐｐｍ／℃以下であることが望ましい。
【００４６】
バンプパッド３上には、バンプ（突起状電極）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り、公知慣用のはんだ材料を使用できる。本実施例では鉛を含有しない、いわゆる鉛フリーはんだを使用した。
【００４７】
図１４には図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１４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ており、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マイクロメートル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マイクロメートルより長くなると半導体装置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１００マイクロメートル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。
【００４８】
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（図１５参照）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ような急な配線屈曲部は存在しない。
【００４９】
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７により第一工程から第三工程までを、図８により第四工程から第六工程を、図９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。
【００５０】
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、半導体装置の電気特性向上の観点からも望ましい。
【００５１】
第二工程：
必要に応じて、第１の絶縁層８を形成する。第１の絶縁層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。なお、その場合の有機材料は、ガラス転移温度Ｔｇが２００℃以上、膜厚２〜２０マイクロメータであることが好ましい。
【００５２】
本実施例においては、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第１の絶縁層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上に第１の絶縁層８が形成される。本実施例では第１の絶縁層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装置の種類によって異なっており、その範囲は２乃至２０マイクロメートル程度となる。なお、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、半導体装置１３の表面の所望の領域のみに限定して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。
【００５３】
第三工程：
ペースト状ポリイミド材料を応力緩和層（第２の絶縁層）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。これにより第１の絶縁層８上に応力緩和層５が形成される。
【００５４】
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。
【００５５】
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を多層構造としたり、再配線用配線４とバンプパッド３とを別々に形成したりしてもかまわない。
この第五工程において、バンプバッド３は、半導体装置１３の実装時にバンプ１が接続される回路基板のパッドの配列ピッチに合わせた配列ピッチで形成される。回路基板におけるパッドの加工レベルは、半導体製造の前工程におけるアルミパッド７の加工レベルよりも低いため、アルミパッド７の配列ピッチに合わせて回路基板のパッドを形成することが困難である。従って、回路基板のパッドピッチに合ったバンプパッド３を再配線用配線４を用いて形成する。このようにしてバンプパッド３を形成することにより、回路が形成された既存のウェーハ９を用いることができるため、低コストで半導体装置１３を形成することができる。
【００５６】
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。
【００５７】
第七工程：
ソルダーレジストを用いて表面保護膜（第３の絶縁層）６を形成する。必要に応じて、バンプパッド３の最表面に無電解金めっき２を行う。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
以下では、前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。
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１０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、印刷後にペーストが５０マイクロメートル程度濡れ広がるため、それを見込んだ分、小さめに製作するようにしてもよい。
【００６１】
図１２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。
【００６２】
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第１の絶縁層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１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２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１３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場合がある。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。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。
【００６３】
ここで使用している応力緩和層５は、印刷またはディスペンス可能な樹脂ワニスから成膜されたものであって、応力緩和層形成用の材料としては、イミド骨格を繰り返し単位に持っているポリイミド樹脂あるいは変性ポリイミド樹脂のペーストであり、第１の絶縁層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。
【００６４】
本実施例では応力緩和層形成材料としてポリイミド樹脂を用いたが、本願発明ではポリイミド樹脂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てもよい。
【００６５】
前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配線形成方法を使用できるので、後述する再配線用配線４をスパッタ成膜とエッチングの組合せで作製したり、あるいはスパッタによってめっき給電膜を形成した後にめっきとエッチングの組合せで形成したりすることもできる。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。
【００６６】
本願発明で応力緩和層用の材料として使用する前記樹脂ワニスでは、印刷性を調整するためには、例えばペーストのチキソトロピー特性を制御するなどの手法をとることができる。より具体的には、適当な表面処理を施した微小粒子の配合量や粒子種類を調整する。本願発明では、回転粘度計によって求められる粘度が１〜１０００Ｐａ・ｓ、チクソトロピーインデックスが１．２〜１０の範囲となるように調整すると、応力緩和層５の端部を前述のような傾斜形状に調節することもできる。なお、本実施例ではチクソトロピーインデックスは、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る。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１．２から１０．０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。
【００６７】
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１１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。なお、膜中の残存溶剤量が５重量％以下となるように前記ペースト状のポリイミドを加熱硬化するが、具体的には例えば２５０℃の温度で加熱硬化させることができるし、加熱温度が２５０℃未満であっても、膜中の残存溶剤量が５重量％以下となるように硬化時間を調整しても構わない。膜中の残存溶剤量が５重量％以下とならない場合、その上部に形成する配線４や表面保護層６を形成する際に、残存溶剤が揮発してボイドを発生するなどの危険性が高まる。
【００６８】
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。この際の応力緩和層５の最外縁部の形状は、保護層８となす接触角が３０％以下の勾配であるか、応力緩和層５の最外縁部と最大膜厚箇所とを直線で結んで得られる平均仰角が３゜以上５０゜以下であるか、少なくともいずれかを満足するように、又は応力緩和層５の最外縁部と応力緩和層５の最大膜厚箇所とを絶縁層の形状にならって結んだときに得られる最大傾斜角が１００％以下の勾配であるかを満足するように印刷条件を選択する。この場合、傾斜長さは該半導体装置１３の対角長さに対して、約１／２５０〜１／１００程度の長さとなる。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。
【００６９】
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。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、ＣＶＤ、スパッタなど公知慣用の導体形成法を用いることも可能であるし、これらと電気めっきとを組み合わせて使用することも可能である。電気めっき法を用いた２層構造の場合、高速かつ低コストに配線を形成することができるだけではなく、配線４と表面保護膜６との接着性および配線マイグレーション抑制とを両立できる配線構造となる。
【００７０】
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、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マイクロメートルである。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約１マイクロメートル、両側で約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場合もある。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マイクロメートルとなる。
【００７１】
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。液状レジストを用いた場合、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が、応力緩和層５の端部形状が下記（１）〜（２）の少なくとも１つの特徴を有している場合、又は下記（３）の特徴を有している場合には、配線４の形成に支障は発生しなかった。
（１）保護層８となす接触角が３０％以下の勾配であるか、
（２）応力緩和層５の最外縁部と最大膜厚箇所とを直線で結んで得られる平均仰角が３゜以上５０゜以下であるか、
（３）応力緩和層５最外縁部と応力緩和層最大膜厚箇所とを絶縁層の形状にならって結んだときに得られる最大傾斜角が１００％以下の勾配である。
【００７２】
一方、フィルム状レジストを用いた場合、あらかじめレジスト膜厚が決まっているためレジスト厚は面内で一定になるが、応力緩和層５のエッジ部においてはレジストの密着性が低下しやすい傾向がある。但し、応力緩和層５の端部形状が下記（１）〜（２）の少なくとも１つの特徴を有している場合、又は下記（３）の特徴を有している場合には、再配線用配線４の形成に支障は発生しなかった。（１）接触角αｅｄｇｅが１３％以下、
（２）平均仰角αａｖｅが約２０度以下、
（３）最大傾斜角αｍａｘが４０％以下、
また、以下の（１）〜（４）のような工夫を必要に応じて単独、或いは組み合わせて使用したところ密着性が向上することを確認した。
（１）ラミネート処理に先立って、被ラミネート面をプラズマ処理するか、
（２）真空ラミネータを使用してラミネートするか、
（３）ラミネート時の貼り付け圧力を０．２ｋｇｆ／ｃｍ２以上とするか、
（４）ラミネート時のウェハ搬送速度を５０ｍｍ／ｍｉｎ以下とする。
なお、ラミネート時に用いられるこの他の公知慣用の密着性・段差追従性を向上する方法、例えば振動ラミネータとの併用も密着性向上に効果がある。
【００７３】
次に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て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。
【００７４】
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、公知慣用な何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て、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難点はあるが皮膜応力を制御しやすい。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難点がある。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マイクロメートル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。
【００７５】
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、配向面１１１、２２０、２００、３１１、の含有率合計が５０％以上となる。
【００７６】
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らないように決定すれば良い。前記合金層の膜厚は、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、応力緩和層が熱応力により変形し、その後、応力緩和層が変形前の形状に戻った場合に、ニッケル層のバネ性により再配線用配線は変形前の形状に戻ることができる。
【００７７】
例えば、応力緩和層が熱膨張した場合、その応力緩和層の上に形成されている再配線用配線４も、その応力緩和層に引きずられて引っ張られる。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ることができない場合がある。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。
【００７８】
応力緩和層が熱膨張した場合、応力緩和層５の上に形成されている再配線用配線４だけではなく、さらにその上にある表面保護膜６も応力緩和層の動きに併せて引っ張られる。このとき、表面保護層６の変形量は、表面保護層６の破断伸びよりも小さくなるようにすることが必要である。本願発明では、この目的を達成するために応力緩和層５と表面保護層６との間で以下の式（１）が成立することが望ましい。
【００７９】
【数１】
応力緩和層５の膜厚（μｍ）×応力緩和層５の破断強度（Ｐａ）×応力緩和層５の破断伸び（％）　≦　表面保護層６の膜厚（μｍ）×表面保護層６の破断強度（Ｐａ）×表面保護層６の破断伸び（％）　……　式（１）
言い換えると、式（１）を満たしていない場合、応力緩和層５の熱膨張によってその上に形成されている表面保護層６が引っ張られて表面保護層６の破断にいたる危険性がある。
【００８０】
同様に表面保護層６と応力緩和層５との間には以下の関係式（２）又は（３）の少なくとも何れかが成立することが望ましい。
【数２】
応力緩和層５の弾性係数（ＧＰａ）　≦　表面保護膜６の弾性係数（ＧＰａ）……　式（２）
【００８１】
【数３】
応力緩和層５の膜厚（μｍ）×応力緩和層５の弾性係数（ＧＰａ）　≧　表面保護層６の膜厚（μｍ）×表面保護層６の弾性係数（ＧＰａ）　……　式（３）
式（２）を満たしておらず、すなわち表面保護層６の弾性係数が応力緩和層５の弾性係数より小さい場合には、表面保護層６が応力緩和層５の熱膨張による変形を抑制できず、従って、配線４の相対位置（隣り合う配線間、バンプパッド３とパッド７との間）が使用の都度変化して、電気特性が安定しない危険性がある。式（３）に関しても同様である。
【００８２】
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。
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。
【００８３】
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、第１の絶縁層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、第１の絶縁層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。
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上に形成される。
【００８４】
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し、鉛フリーはんだ、特にスズ−銀−銅やスズ−銀−ビスマスなどを用いてもかまわない。
【００８５】
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。
【００８６】
本実施例によれば、図１５に示すように、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。
【００８７】
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１４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１４上から取り外し、回路基板１４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。
【００８８】
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。
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。
【００８９】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００９０】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
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】本発明の応力緩和層の端部形状の部分拡大断面構造を示した図
【図３】本発明の応力緩和層の端部形状と液状レジスト膜厚均一性との関係の一例を示した図
【図４】レジスト密着不良の発生した状態の概略断面構造を示す図
【図５】図４の次工程であるめっきの結果として得られる不良現象例の概略平面構造を示す図
【図６】本発明の応力緩和層の端部形状とフィルムレジストの成膜成績との関係の一例をしめした図
【図７】本発明の半導体装置の製造工程の一例を示した図（１）
【図８】本発明の半導体装置の製造工程の一例を示した図（２）
【図９】本発明の半導体装置の製造工程の一例を示した図（３）
【図１０】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１１】応力緩和層が形成された半導体装置を示した図
【図１２】応力緩和層を印刷している工程を示す図
【図１３】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１４】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１５】半導体装置を基板に搭載した一実施例の図
【図１６】従来の半導体装置を示した図
【図１７】従来の半導体装置を回路基板に搭載した状態を示した図
【符号の説明】
１…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（第２の絶縁層）、６…表面保護膜（第３の絶縁層）、７…アルミパッド、８…保護層（第１の絶縁層）、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…配線の逆パターンレジスト、１８…アルミパッドと配線の接続部分、２４…切断部、２５…ステンシル、２６…樹脂シート、２７…枠、２８…パターン開口部。

Claims

半導体上に設けられた第１の外部接続端子と、
前記第１の外部接続端子上に開口部が位置するように、前記半導体上に形成された第１の絶縁層と、
少なくとも前記開口部を避けるようにして前記第１の絶縁層上に形成された第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上面の一部に密着して形成された第２の外部接続端子と、
前記第１の外部接続端子と前記第２の外部接続端子との間を電気的に接続する配線層であって、下面が前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層の上面に密着して形成された配線層と、
前記配線層の上面および側面に密着するようにして形成され、かつ前記第２の外部接続端子の上部の少なくとも一部を開口するようにして形成された第３の絶縁層とを有し、
前記第３の絶縁層が、前記第１の絶縁層、第１の外部接続端子、第２の絶縁層、配線層の上部を被覆しており、
前記第３の絶縁層の膜厚が前記配線層の膜厚の０．８〜２５倍となることを特徴とする半導体装置。
半導体上に設けられた第１の外部接続端子と、
前記半導体上に複数の開口部を持つ第１の絶縁層であって、前記開口部の少なくとも一部が前記第１の外部接続端子とは異なる位置に存在する第１の絶縁層と、
前記開口部の少なくとも一部を避けるようにして形成された第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上面の一部に密着して形成された第２の外部接続端子と、
前記第１の外部接続端子と前記第２の外部接続端子との間を電気的に接続する配線層であって、下面が前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層の上面に密着して形成された配線層と、
前記配線層の上面および側面に密着するようにして形成された第３の絶縁層とを有し、
前記第３の絶縁層が、前記第１の絶縁層、第１の外部接続端子、第２の絶縁層、配線層の上部を被覆しており、
前記第３の絶縁層の膜厚が前記配線層の膜厚の０．８〜２５倍となることを特徴とする半導体装置。
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
前記第３の絶縁層は、前記第２の絶縁層と比べて、その２５℃における弾性係数および膜厚の関係が下記のように表されることを特徴とする半導体装置。
第２の絶縁層膜厚（μｍ）×第２の絶縁層弾性係数（ＧＰａ）
≧　第３の絶縁層膜厚（μｍ）×第３の絶縁層弾性係数（ＧＰ
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
前記第２の絶縁層および前記第３の絶縁層について、その２５℃における弾性係数が、下記のように表されることを特徴とする半導体装置。
第２の絶縁層弾性係数（ＧＰａ）≦　第３の絶縁層弾性係数（ＧＰａ）
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
前記第３の絶縁層は、前記第２の絶縁層と比べて、その２５℃における破断強度、膜厚、破断伸びの関係が下記のように表されることを特徴とする半導体装置。
第２の絶縁層膜厚（μｍ）×第２の絶縁層破断強度（Ｐａ）×破断伸び（％）
≦　第３の絶縁層膜厚（μｍ）×第３の絶縁層破断強度（Ｐａ）×破断伸び（
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
前記第１〜第３の絶縁層の膜厚に関し、前記第１の絶縁層および前記第３の絶縁層のいずれも前記第２の絶縁層よりも薄いことを特徴とする半導体装置。
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
前記第３の絶縁層が下記の少なくともいずれかの２つ以上の特徴を併せ持っていることを特徴とする半導体装置。
（１）動的粘弾性測定によって決定されるガラス転移温度Ｔｇが２００℃以上である、
（２）窒素下で測定した５％重量減少開始温度Ｔｄ（５）が３００℃以上である、
（３）２５℃下で測定した破断伸び率が１０％以上である、
（４）８０℃以上、３００℃以下で硬化された感光性樹脂ワニスから形成された膜である。
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
前記第３の絶縁層が下記の少なくともいずれかの２つ以上の特徴を併せ持っていることを特徴とする半導体装置。
（１）膜厚２〜３０μｍ、
（２）動的粘弾性測定から求められる弾性係数が２５℃で１．５〜５ＧＰａ、
（３）２５℃付近における線膨脹係数が１００ｐｐｍ／℃以下であるか、２５℃〜２５０℃の間の平均膨張率が２５０ｐｐｍ／℃以下、
（４）動的粘弾性測定から求められるガラス転移温度Ｔｇが１８０℃以上、
（５）感光性樹脂ワニスから得られた硬化物。
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
前記第２の絶縁層の端部形状が、前記第２の絶縁層の最外縁部において前記第１の絶縁層となす接触角が３０％以下の勾配であり、
前記第２の絶縁層の最外縁部と前記第２の絶縁層の最大膜厚箇所とを直線で結んで得られる平均仰角が３゜以上５０゜以下、
となることを特徴とする半導体装置。
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
前記第２の絶縁層最外縁部と前記第２の絶縁層の最大膜厚箇所とを絶縁層の形状にならって結んだときに得られる最大傾斜角が１００％以下の勾配、
となることを特徴とする半導体装置。
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
前記第１の絶縁層が、動的粘弾性測定によって決定されるガラス転移温度Ｔｇが２００℃以上、膜厚が２〜２０マイクロメータの有機樹脂層を含むことを特徴とする半導体装置。
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
前記第２の絶縁層が下記の少なくともいずれかの２つ以上の特徴を併せ持っていることを特徴とする半導体装置。
（１）膜厚４０〜１５０マイクロメータ、
（２）動的粘弾性測定から求められる弾性係数が２５℃で１００〜２０００ＭＰａ、
（３）２５℃付近における線膨脹係数が２００ｐｐｍ／℃以下であるか、−５５℃〜２００℃の間の平均膨張率が３００ｐｐｍ／℃以下、
（４）動的粘弾性測定から求められるガラス転移温度Ｔｇが１８０℃以上。
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
前記第２の絶縁層が、印刷またはディスペンス可能な絶縁層用樹脂ワニスから成膜されたものであって、イミド骨格を繰り返し単位に持っているポリイミド樹脂あるいは変性ポリイミド樹脂であることを特徴とする半導体装置。
請求項１３に記載の半導体装置において、
前記第２の絶縁層用樹脂ワニスが、回転粘度計によって求められる粘度が１〜１０００Ｐａ・ｓ、チクソトロピーインデックスが１．２〜１０の範囲であることを特徴とする半導体装置。
請求項１３に記載の半導体装置において、
前記第２の絶縁層用樹脂ワニスは、２５０℃以下の温度で硬化させた場合に残存溶剤量５重量％以下の硬化物を与えるものであることを特徴とする半導体装置。
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
前記第２の外部接続端子上部にある前記第３の絶縁層の開口箇所の少なくとも一部にバンプを形成した半導体装置。
請求項１６に記載の半導体装置において、
前記バンプは鉛を含まない導電性材料からなることを特徴とする半導体装置。
請求項１６に記載の半導体装置において、
前記第３の絶縁層の開口部は、前記バンプの形状を制御するためのダムとして機能していることを特徴とする半導体装置。
請求項１から１８のいずれかに記載の携帯用電子機器用の半導体装置。
請求項１から１８のいずれかに記載の半導体メモリ装置または半導体メモリーを含むモジュール装置。
２００ＭＨｚ以上で動作する請求項２０に記載の半導体メモリ装置または半導体メモリーを含むモジュール装置。