JP2004207268A

JP2004207268A - Semiconductor device and manufacturing method therefor

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Publication number: JP2004207268A
Application number: JP2002370948A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nakanishi; 宏之中西; Toshiya Ishio; 俊也石尾; Yoshihide Iwasaki; 良英岩崎; Katsunobu Mori; 勝信森
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: JP3905032B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device in which reliability of the device at mounting can be improved with respect to thermal stress after it is mounted on an outer circuit board and with respect to a mechanical shock after mounting. <P>SOLUTION: The semiconductor device 1 is provided with a plurality of outer connection electrodes 2, conduction parts 3 connected to the electrodes 2, and protection films 4 which have opening parts for connecting the electrodes 2 and the conduction parts 3 and which are installed on the conduction parts 3. The protection films 4 are formed of insulating elastic bodies and are formed in a state where they are separated at every electrode 2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の電子機器に搭載または内蔵される半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、小型携帯電子機器の分野では、内部に搭載される電子部品の小型化、高機能化、および高密度実装化が図られている。また、半導体チップを収納するパッケージにおいても、より小型のものが求められている。そして、半導体チップのサイズと等しいかほぼ等しいサイズを有する、表面型のチップサイズパッケージ（以下、ＣＳＰと称する）等のＩＣパッケージ（半導体装置）が開発され、このＣＳＰも小型実装部品の一つとなっている。また、ウエハの状態でパッケージングを行うウエハレベルＣＳＰ（半導体装置）も、小型実装部品の一つとなりつつある。図８は、一般的なウエハレベルＣＳＰのウエハ状態を示した説明図である。
【０００３】
これらＣＳＰと呼ばれるものの多くの半導体装置は、いわゆるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）の一種とされており、外部接続用端子としてパッケージの表面に、ハンダ等で形成された球形の金属ボールを備えており、この金属ボールを介して実装基板に実装される。
【０００４】
また、半導体チップの電極部に、ハンダ等で形成したバンプと呼ばれる球形の金属ボールを備えるフリップチップと呼ばれるものもあるが、構造体に外部接続用端子として突起電極、つまり金属ボールが設けられている点では上記ＣＳＰと同じ構成をしている。
【０００５】
上記ウエハレベルＣＳＰの一種について、図９〜図１２を基に説明する。なお、図９〜図１１には、上記ウエハレベルＣＳＰの基本的な構造を示し、図１２には、さらに実装時の信頼性を向上させた進化型のウエハレベルＣＳＰを示す。また、以下では、ウエハレベルＣＳＰを半導体装置と称する。
【０００６】
図９は半導体チップの主面側から視た従来の半導体装置の平面図であり、図１０は図９のＤ−Ｄ線矢視断面図である。また、図１１は図１０のＥ部の拡大図である。
【０００７】
半導体装置５０は、詳細については後述するが、図９に示すとおり、複数の電極端子５２…、この電極端子５２…のそれぞれに接続される再配線５３…、および、この再配線５３…を保護するための保護膜５４を有している。また、図１０に示すとおり、半導体装置５０は、上記再配線５３に関して、電極端子５２…と反対側に半導体チップ６０を備えている。
【０００８】
ここで、上記保護膜５４は、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）等の材料で形成される。なお、上記ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）の縦弾性係数は、一例として約３０００ＭＰａ、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）の縦弾性係数は、一例として約２３００ＭＰａである。
【０００９】
また、上記半導体チップ６０は、図１１に示すとおり、基板５１の主面に複数の電極５６が形成されるとともに、各電極５６のそれぞれを完全に塞がないように、電極５６の一部の領域が絶縁膜５７で覆われて形成されている。ここで、上記絶縁膜５７は、例えば酸化膜や窒化膜で形成されており、更にポリイミド等の絶縁膜を付加して形成されている場合もある。
【００１０】
上記半導体チップ６０上には、上記再配線５３が、下地であるシード層５５を介して形成されている。また、上記保護膜５４は、再配線５３の一部を塞がないような開口部を有している。さらに、上記電極端子５２、例えばハンダボールが、外部の接続端子等と接続できるように、上記開口部に設けられている。
【００１１】
図１２は、図９〜図１１で説明した半導体装置に工夫を加えたものであり、半導体チップの主面側から視た半導体装置の断面図のみ示している。また、この図１２に示す半導体装置は、特開２００１−２９１７３３号公報に開示された半導体装置１１０である。
【００１２】
半導体チップ１００は、基板１０１の主面に複数の電極（接続パッド）１０２が形成されるとともに、各電極１０２を完全に塞がないように、各電極１０２の一部の領域が絶縁膜１０３で覆われている。ここで、上記絶縁膜１０３は、例えば酸化膜で形成されている。そして、上記半導体チップ１００上に、下地をシード層（図示せず）とする再配線１０５が形成されている。
【００１３】
ここまでの説明は、図９〜図１１を基に説明した半導体装置の構成と基本的に同じである。異なる点は、再配線１０５と、上記電極端子５２に相当する電極端子１２４（ハンダボール等）との間に、銅等の金属をめっき処理により成長させて形成された、ピラーまたはポストと呼ばれる複数の電極１０６と、この複数の電極１０６どおしの間を充填する、エポキシ系樹脂等で形成された厚膜の絶縁体１０７とを有する点である。
【００１４】
また、上記電極１０６は、下部電極１０６ａと上部電極１０６ｂとで構成されている。上記電極１０６の形成に際しては、先に下部電極１０６ａを形成し、下部電極１０６ａを含む半導体チップ１００上に絶縁体１０７を形成する。そして、絶縁体１０７の上面側を研磨することにより下部電極１０６ａの上面を露出させ、露出させた部分に上部電極１０６ｂを形成する。これにより、キノコ状の電極１０６が完成する。
【００１５】
さらに、上部電極１０６ｂ上に金属ボール（例えば、ハンダで形成されたハンダボール）を載せて、金属ボールをリフロー（ハンダペーストまたはフラックスで溶着）させることにより外部接続端子となる電極端子１２４を形成し、その後、ダイシングによりウエハから各半導体チップ単位に個片化することで半導体装置１１０が完成する。
【００１６】
図１２に示す半導体装置１１０は、図９〜図１１に示した半導体装置５０や、下部電極１０６ａの上に単純に金属ボールを載せた構造の半導体装置と比較して、金属ボールとその下地の金属との接合面積、つまり電極端子１２４と電極１０６との接合部分の面積を大きくすることができ、接合信頼性の向上が図られる。
【００１７】
より詳しくは、金属ボールの溶融・凝固を利用した半導体装置を外部の回路基板に実装する場合に、この半導体装置と外部の回路基板との熱膨張係数の違いから生じるハンダボール（電極端子１２４）の取り付け部分における応力の集中を緩和することができる。また、上記のように応力の集中を緩和できることにより、上記半導体装置１１０の振動や曲げ等機械的ストレスによって生ずる接合部分の破断を防止できる。それゆえ、上記半導体装置１１０を外部の回路基板への実装した際における、半導体装置１１０自体の信頼性や半導体装置と外部の回路基板とからなる回路基板の信頼性を高めることができる。
【００１８】
【特許文献１】
特開２００１−２９１７３３号公報（公開日：平成１３年１０月１９日）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の半導体装置１１０では、応力分散による実装時の信頼性の向上は認められるが、上記電極端子１２４と電極１０６との接合部分における領域の面積の増大により応力を分散させるには限界がある。つまり、上記接合部分に加わる応力は上記面積の増大分緩和されるが、依然として、接合部分にはある程度の大きな応力が加わることになる。
【００２０】
また、上記の半導体装置１１０では、比較的硬質なエポキシ系の樹脂で形成された絶縁体１０７上に上部電極１０６ｂが固定されて形成されているため、半導体装置１１０を外部の回路基板に実装し、上記接合部分に応力が生じた場合でも、上部電極１０６ｂの基板１０１に対する配置位置の変位はほとんど生じない。一方、上記電極端子１２４は、上記応力により形状が変形した状態で、外部回路基板と接合されることになる。このように、上記半導体装置１１０では、主として、電極端子１２４の変形で、上記外部の回路基板との接合を図っている。したがって、上記電極端子１２４自体にも大きな応力が加わった状態となる。
【００２１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、外部の回路基板への実装後の熱ストレスに対して、および、実装後の機械的な衝撃に対して、実装時の装置の信頼性を向上させることが可能な半導体装置を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、上記の課題を解決するために、複数の外部接続用の電極と、前記電極に接続される導電部と、前記電極と前記導電部とを接続するための開口部を有するとともに、前記導電部上に設けられた保護膜とを備え、前記保護膜は、絶縁性弾性体で形成されており、かつ、前記電極毎に分離した状態で形成されていることを特徴としている。
【００２３】
上記の発明によれば、上記保護膜は、弾力性のある材質で形成されている。
【００２４】
ここで、上記半導体装置を外部の回路基板に実装する場合には、一般に、リフロー装置を用いて、まず、半導体装置と外部の回路基板とを一定範囲の温度（例えば２３０℃〜２６０℃）まで加熱し、上記外部接続用の電極（以下、外部接続用電極と称する）の先端部（導電部と反対側の部位で、例えばハンダで形成されたハンダボール部）を溶解させ、半導体装置と外部の回路基板とを溶着させる。その後は、上記リフロー装置内で、常温の状態（例えば２５℃）にまで冷却される。
【００２５】
上記のように半導体装置を外部の回路基板へ実装する場合には、半導体装置および外部の回路基板ともに膨張した状態にて、上記先端部と上記外部の回路基板の接続部との接合がなされる。ここで、半導体装置の膨張係数と、外部の回路基板の膨張係数とは、その組成からして互いに異なる。それゆえ、接合した両者を常温の状態に戻した場合には、半導体装置の外部接続用電極や、外部の回路基板との接続部に大きな応力が生じることとなる。
【００２６】
とりわけ、上記保護膜が硬質な材料で形成されている場合には、半導体装置の外部接続用電極の先端部に特に大きな応力が作用する。つまり、上記外部接続用電極の側面部が硬質な材料で強固に固定されるために、外部接続用電極における先端部を除いた部分（外部接続用電極の一部分）が歪むことができず、先端部が大きな応力を受けて歪むことになる。それゆえ、外部の回路基板に実装した際に、この先端部や上記接続部に金属疲労が生じやすくなり、装置の信頼性が低下する。
【００２７】
しかしながら、上記保護膜を弾性体で形成することにより、外部接続用電極における先端部を除いた部分についても歪むことが可能となる。つまり、外部接続用電極における先端部を除いた部分は、伸縮可能な材質で固定されているため歪み易くなる。それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することが可能となる。
【００２８】
また、上記保護膜は、前記外部接続用電極毎に分離した状態で形成されている。つまり、上記保護膜が外部接続用電極毎に独立して設けられている。
【００２９】
このため、上記保護膜は、他の外部接続用電極に対応して備えられた別の保護膜の変位による影響を被らない。つまり、上記保護膜は、この保護膜に対応する外部接続用電極の変位にのみ影響を受けて変形し、前記外部接続用電極と前記他の外部接続用電極とが保護膜を介して互いに力を及ぼすことはない。
【００３０】
したがって、外部接続用電極における先端部を除いた部分は、他の保護膜の変位による外力を受けることがなくなり、歪み易くなる。それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することができる。
【００３１】
以上により、外部の回路基板への実装後の熱ストレスに対して、および、実装後の機械的な衝撃に対して、従来の半導体装置よりも実装時の信頼性を向上させることが可能な半導体装置を提供することができる。
【００３２】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記電極は、前記導電部側の第１電極部と、前記第１電極部に対して前記導電部と反対側の第２電極部とからなり、前記第１電極部は、前記開口部から前記保護膜上に広がった傘状の形状部を有し、前記傘状の形状部の表面が前記第２電極部との接合面となっていることを特徴としている。
【００３３】
上記の発明によれば、上記第１電極部は、上記開口部から保護膜上に広がった傘状の形状部を有し、この傘状の形状部の表面が前記第２電極部との接合面となっている。
【００３４】
ところで、例えば、チップサイズパッケージ型の外部接続用電極（電極端子）は、一般に、上記導電部に接続された導電性の金属部にハンダボール等を溶着させることにより形成される。つまり、この外部接続用電極は、金属部（第１電極部）とハンダボール部（第２電極部）とにより構成される。
【００３５】
本発明では、上記の構成により、第１電極部と第２電極部との接合面の面積を大きくすることができる。それゆえ、上記第１電極部と第２電極部との接合面に加わる応力を小さくすることができる。
【００３６】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記保護膜は、スクリーン印刷が可能な流動性の熱硬化型ペースト材を加熱することにより形成されることを特徴としている。
【００３７】
上記の発明によれば、上記保護膜は、スクリーン印刷が可能な流動性の熱硬化型のペースト材を用いて形成されている。
【００３８】
したがって、簡単に、所望の形状の保護膜を形成することができる。
【００３９】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記保護膜の縦弾性係数は、２０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の範囲内であることを特徴としている。
【００４０】
上記の発明によれば、上記保護膜の縦弾性係数は、２０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の範囲内である。
【００４１】
したがって、外部接続用電極における先端部を除いた部分が歪み易くなる。それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することが可能となる。
【００４２】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記保護膜は、シリコン変成型合成ゴムからなることを特徴としている。
【００４３】
上記の発明によれば、上記保護膜は、シリコン変成型合成ゴムで形成されている。
【００４４】
したがって、特殊な材料を用いることなく、上記保護膜を形成することができる。
【００４５】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記導電部と前記保護膜との間には、さらに、他の保護膜が備えられていることを特徴としている。
【００４６】
上記の発明によれば、上記導電部は、さらに他の保護膜により保護されている。
【００４７】
したがって、他の保護膜が設けられていない場合よりも、上記導電部をより一層保護することができる。例えば、上記他の保護膜を耐湿性に優れた材質で形成することにより半導体装置の信頼性を、さらに向上することができる。
【００４８】
本発明の半導体装置の製造方法は、上記の課題を解決するため、複数の外部接続用の電極と前記電極に接続される導電部とを接続するための開口部を有する絶縁性の保護膜であって、かつ、前記導電部上に設けられた絶縁性の保護膜を備えた半導体装置の製造方法において、前記保護膜を、前記導電部毎に分離して形成し、かつ、絶縁性弾性体で形成する保護膜形成工程を備えることを特徴としている。
【００４９】
上記の方法によれば、上記保護膜形成工程により、保護膜が、前記導電部毎に分離して形成され、かつ、絶縁性弾性体で形成される。
【００５０】
ここで、上記半導体装置を外部の回路基板に実装する場合には、一般に、リフロー装置を用いて、まず、半導体装置と外部の回路基板とを一定範囲の温度（例えば２３０℃〜２６０℃）まで加熱し、上記外部接続用電極の先端部（導電部と反対側の部位で、例えばハンダで形成されたハンダボール部）を溶解させ、半導体装置と外部の回路基板とを溶着させる。その後は、上記リフロー装置内で、常温の状態（例えば２５℃）にまで冷却される。
【００５１】
上記のように半導体装置を外部の回路基板へ実装する場合には、半導体装置および外部の回路基板ともに膨張した状態にて、上記先端部と上記外部の回路基板の接続部との接合がなされる。ここで、半導体装置の膨張係数と、外部の回路基板の膨張係数とは、その組成からして互いに異なる。それゆえ、接合した両者を常温の状態に戻した場合には、半導体装置の外部接続用電極や、外部の回路基板との接続部に大きな応力が生じることとなる。
【００５２】
とりわけ、上記保護膜が硬質な材料で形成されている場合には、半導体装置の外部接続用電極の先端部に特に大きな応力が作用する。つまり、上記外部接続用電極の側面部が硬質な材料で強固に固定されるために、外部接続用電極における先端部を除いた部分（外部接続用電極の一部分）が歪むことができず、先端部が大きな応力を受けて歪むことになる。それゆえ、外部の回路基板に実装した際に、この先端部や上記接続部に金属疲労が生じやすくなり、装置の信頼性が低下する。
【００５３】
しかしながら、上記の保護膜を、上記保護膜形成工程で示したように、弾性体で形成することにより、外部接続用電極における先端部を除いた部分についても歪むことが可能となる。つまり、外部接続用電極における先端部を除いた部分は、伸縮可能な材質で固定されているため、歪み易くなる。それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することが可能となる。
【００５４】
また、上記保護膜は、前記外部接続用電極毎に分離した状態で形成されている。つまり、上記保護膜が外部接続用電極毎に独立して設けられている。このため、上記保護膜は、他の外部接続用電極に対応して備えられた別の保護膜の変位による影響を被らない。つまり、上記保護膜は、この保護膜に対応する外部接続用電極の変位にのみ影響を受けて変形し、前記外部接続用電極と前記他の外部接続用電極とが保護膜を介して互いに力を及ぼすことはない。それゆえ、外部接続用電極における先端部を除いた部分は、他の保護膜の変位による外力を受けることがなくなり、歪み易くなる。それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することが可能となる。
【００５５】
以上により、外部の回路基板への実装後の熱ストレスに対して、および、実装後の機械的な衝撃に対して、従来の半導体装置よりも実装時の信頼性を向上させることが可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００５６】
なお、上記保護膜の形成にあたっては、例えば、スクリーン印刷法を用いることができる。
【００５７】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、上記の半導体装置の製造方法において、前記保護膜形成工程の前に、前記導電部を保護する他の保護膜を形成する工程を備えていることを特徴としている。
【００５８】
上記の方法によれば、上記導電部は、さらに他の保護膜により保護されている。
【００５９】
したがって、上記の方法によれば、他の保護膜が設けられていない場合よりも、上記導電部をより一層保護することができる。例えば、上記他の保護膜を耐湿性に優れた材質で形成することにより半導体装置の信頼性を、さらに向上することができる。
【００６０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態につき図１〜図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００６１】
図２は本発明の実施の形態に係る、半導体チップの主面側、つまり後述する電極端子２を取り付けた側から視た半導体装置１の平面図である。また、図１は図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。図３は図１のＢ部の拡大図である。
【００６２】
半導体装置１は、詳細については後述するが、図２に示すとおり、複数の電極端子（第２電極部）２…、前記電極端子２…のそれぞれに接続される再配線（導電部）３…、この再配線３…を保護するための保護膜（絶縁性の保護膜）４、絶縁膜（絶縁層）５、および、電極となる導電性のキノコ状の金属部（第１電極部）６を有している。また、図１に示すとおり、半導体装置１は、上記再配線３に関して、電極端子２…と反対側に半導体チップ２０を備えている。なお、前記電極端子２と、この電極端子２に対応する金属部６とをあわせて、外部接続用の電極と称する。
【００６３】
また、上記半導体チップ２０は、図３に示すとおり、基板７の主面に複数の電極パッド８（図３では、１つの電極パッド８のみを表示）が形成されるとともに、各電極パッド８のそれぞれを完全に塞がないように、電極パッド８の一部の領域が上記絶縁膜５で覆われて形成されている。より詳しくは、上記絶縁膜５は、電極パッド８の一部を塞がないような開口部（第１開口部）５ａを有している。ここで、上記絶縁膜５は、例えば酸化膜や窒化膜で形成されており、更にポリイミド等の絶縁膜を付加して形成されている場合もある。
【００６４】
上記半導体チップ２０上には、上記再配線３が、下地であるシード層（金属シード層）９を介して形成されている。より詳しくは、電極パッド８の一部の領域と絶縁膜５の一部の領域との上にシード層９が形成され、このシード層９の一部の領域上に再配線３が形成されている。
【００６５】
また、本発明の特徴である上記保護膜４は、上記再配線３を覆うように形成されている。また、上記保護膜４は、再配線３の一部を塞がないような開口部（第３開口部）４ａを有している。さらに、図示しているように、保護膜４は、再配線３の一部の領域とシード層９の一部の領域との上に形成されている。
【００６６】
さらに、上記金属部６は、上記開口部４ａを完全に充填し、かつ、開口部４ａから溢れて保護膜４上の一部領域に広がったような形状、つまりキノコ状の形状に形成されている。また、上記電極端子２（例えばハンダボール）が、外部の接続端子等と接続できるように、上記金属部６上に設けられている。
【００６７】
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法を、図４（ａ）〜図４（ｐ）を基に説明する。
【００６８】
まず、図４（ａ）に示すように、上記基板７の主面側において複数の電極パッド８が露出し、かつ、表面が上記絶縁膜５で覆われた半導体チップ２０を準備する。なお、この時点および以下に示す図４（ｐ）に至る時点までは、半導体チップが製造される状態、つまり図１１に示したような半導体チップが切断されず複数個連なった状態（いわゆる、ウエハ状態）でプロセスは進行するが、図４（ａ）〜図４（ｐ）はウエハのある一箇所の半導体チップについてのみ図示するものとする。
【００６９】
次に、図４（ｂ）に示すように、スパッタリング装置でウエハ全面にチタンタングステンス（ＴｉＷ）を０．１〜０．３μｍの厚みに形成し、その上に銅を０．１〜０．３μｍの厚みで蒸着させることにより、シード層９を形成する。その後、さらにシード層９上に、スピンコータで感光性レジスト（例えば、東京応化工業（株）製ＰＭＥＲシリーズの感光性レジスト）を塗布し、感光性レジスト層（第１感光性レジスト層）１０を形成する。
【００７０】
その後、図４（ｃ）に示すとおり、上記感光性レジスト層１０にマスキングを施し、露光および現像処理により所定の部分を除去する。なお、この時、感光性レジスト層１０の膜厚は１０〜２０μｍとなっている。この所定の部分を除去した際に形成される開口部を第２開口部と称する。
【００７１】
次に、図４（ｄ）に示すとおり、上記シード層９を電極とした電解めっきにより、感光性レジスト層１０を除去した部分に再配線３を形成する。より詳しくは、上記感光体レジスト層１０を除去したシード層９上に、銅、ニッケル、および、金を用いて、この順番で連続めっきする。ここでは、銅を４〜８μｍの膜厚で形成し、続いてニッケルを４〜８μｍの膜厚で形成し、さらに続いて金を０．０５〜０．１５μｍの膜厚で形成するものとする。なお、上記再配線３を形成する工程では、上記電極パッド８の直上のみに再配線を形成し、以後に形成される金属部６が電極パッド８の直上となるような配置とすることもできる。
【００７２】
次に、図４（ｅ）に示すとおり、図４（ｃ）でシード層９上に残した感光性レジスト１０を剥離液で完全に除去する。その後、図４（ｆ）に示すとおり、再度、スピンコータでウエハ全面に保護膜４を塗布する。この保護膜４としては、例えば、ネガ型エポキシ系の感光性ポリマーを使用すればよい。
【００７３】
なお、以下の記載では、説明の便宜上、外部接続用端子である電極端子（ハンダボール）２のピッチが０．５ｍｍである場合を想定して寸法を記載することとする。
【００７４】
次に、図４（ｇ）に示すとおり、上記保護膜４にマスキングを施し、露光および現像処理により所定の部分を除去し、所望とする形状の保護膜４を形成する。より詳しくは、所定の部分除去後の保護膜４は、各再配線３を独立して覆いつつも、各再配線３上の一部分の領域、つまり、この後に外部接続端子が形成される領域に相当する部分は覆わないような形状で形成される。つまり、上述した開口部４ａが形成されるように、保護膜４が形成されている。また、上記開口部４ａの上部の開口径は約１００μｍとなっている。さらに、この時、保護膜４の膜厚は３０μｍとなっている。
【００７５】
なお、上記保護膜４は感光性の膜である必要はない。例えば、保護膜４をウエハ全面に塗布後、保護膜４の上に上述した感光性レジスト等を塗布する方式を採ってもよい。この場合には、上記感光性レジスト層をパターニングすることによりマスクとして作用させ上記保護膜４を部分的に除去した後に、感光性レジスト層を剥離しても同様の形状を得ることができる。
【００７６】
また、図４（ｆ）および図４（ｇ）により形成される保護膜４は、上記の方法とは別の方法、すなわちスクリーン印刷法により形成することも可能である。この場合には、保護膜４の材料として、例えばシリコン変性型合成ゴムを採用することにより、上述したネガ型エポキシ系の感光性ポリマーを用いた場合よりも、保護膜自体の弾力性が大きくなるため、後述するように実装時の信頼性向上により大きく寄与することとなる。
【００７７】
さらに、上記保護膜４の形成時において、保護膜４の厚みを様々に変えることにより、上記金属部６、ひいては電極端子２についての基板７の主面からの高さを調節することができる。
【００７８】
また、上記保護膜４は、最終工程後、つまり、後述する図４（ｐ）で説明する処理後の縦弾性係数（ヤング率）が、２０〜１００ＭＰａの範囲で表される物性を示す材料を用いて形成するのが好ましい。上記のシリコン変性型合成ゴムでは、縦弾性係数が約３６ＭＰａとなり、好適である。一方、ポリイミド系の材料の縦弾性係数は、おおよそ２０００から１００００ＭＰａの範囲（約５０００ＭＰａ程度の値）で表される。それゆえ、硬すぎるため保護膜４の材料としては適当でない。また、エポキシ系の材料の縦弾性係数は、一般に１００００ＭＰａ以上であり、硬すぎるため保護膜４の材料としては適当でない。
【００７９】
上記保護膜４にマスキングを施し、露光および現像処理により所定の部分を除去した後は、図４（ｈ）に示すとおり、さらにスピンコータでウエハ全面に感光性レジストを塗布し、感光性レジスト層（第２感光性レジスト層）１１を形成する。その後は、図４（ｉ）に示すとおり、マスキングを施し、露光および現像処理を行うことにより所定の部分を除去する。
【００８０】
この場合、所定の場所とは、この後の電解めっきにより、再配線３上に金属部６を成長させる場所を指す。なお、図４（ｉ）に示すように、感光性レジスト層１１は、金属部６を成長させる際に、シード層９上にもめっきが成長するのを回避するために一部の領域においては、除去せずに残しておく。このように、一部の領域において感光性レジスト層１１を残しておくことにより、上記感光性レジスト層１１に、上記開口部４ａよりも開口径の大きな開口部（第４開口部）１１ａを、上記開口部４ａ上に形成することができる。
【００８１】
なお、上記感光性レジスト層１１は、この層を形成する感光性レジストを塗布する前の状態において表面に露出しているシード層９上に、少なくとも残っていればよい。したがって、上記感光性レジスト層１１を形成する代わりに、シード層９が表面に露出している部分に絶縁体を印刷してもよい。
【００８２】
次に、図４（ｊ）および図４（ｋ）に示すとおり、上記所定の部分を除去した後は、シード層９を電極とした電解めっきにより、銅を成長させ、上述した金属部６を形成する。なお、図４（ｊ）は、めっきの途中の状態を示した断面図であり、図４（ｋ）は、めっきが完了した状態を示した断面図である。なお、めっきが完了した状態においては、金属部６の傘部分（傘状の形状部）６ａにおける下部の径は２００μｍとなっている。
【００８３】
次に、図４（ｌ）に示すとおり、感光性レジスト層１１を剥離する。その後、感光性レジスト層１１の剥離により露出したシード層９を、図４（ｍ）に示すとおり、矢印Ｆ０の方向にエッチャントでエッチングする。
【００８４】
なお、チタンタングステンおよび銅で形成されたシード層９をエッチングする際、金属部６と保護膜４とがマスクとなる。この時、金属部６が銅で形成されているため、金属部６についても、その表面が若干エッチングされる。しかしながら、上記シード層９の厚みに対し、金属部６の厚みが十分に厚いため、金属部６のサイズはほとんど変化しない。
【００８５】
次に、エッチャントでエッチングした後は、図４（ｎ）に示すとおり、上記金属部６上にフラックス１２を転写する。その後、図４（ｏ）に示すとおり、上記フラックス１２上に、３００μｍ径のハンダボール（電極端子）２を載置する。
【００８６】
そして、ウエハ全体を２３０℃から２６０℃の温度に設定されたリフロー装置の炉に通して上記ハンダボール２を溶融し、その後、ウエハ全体を常温の環境に戻すことにより、ハンダボール２が金属部６の上部に接合されることになる。
【００８７】
さらに、上記ウエハ全体をダイシング、つまり個片化することにより、本発明の半導体装置１が得られる。
【００８８】
図５は、本発明の半導体装置１を外部の回路基板（実装基板）３０に実装した状態を示した断面図である。上記外部の回路基板の表面には、外部の電極端子との接続部となる金属ランド３１、および、ソルダーレジスト３２が形成されている。
【００８９】
また、図６は図５のＣ部の拡大図である。
【００９０】
本発明のような半導体装置（ウエハレベルＣＳＰ）１の場合は、構成材料の大部分を、半導体チップ２０のバルク部であるシリコンが占めている。ここで、シリコンの熱膨張係数は約３×１０^-6/℃であり、一般的なガラスエポキシ製の実装基板の熱膨張係数は約１５×１０^-6/℃である。
【００９１】
それゆえ、リフロー温度（リフローゾーンにおける温度）を２４０℃した場合、半導体装置１と外部の回路基板３０とは、それぞれに異なる膨張率で熱膨張した状態にて、溶融したハンダボール２を介して接合される。
【００９２】
ここで、上記半導体装置１と外部の回路基板３０とを、２４０℃から常温、例えば２５℃に戻す過程により、以下の式（１）で示すように、半導体装置１と外部の回路基板３０とでは、両者の間に約０．２６パーセントの収縮率の違いが生じることとなる。つまり、図５に示すとおり、常温に戻したときに、外部の回路基板３０の方が、半導体装置１よりも、より収縮しようとする。なお、同図では、矢印にて、この両者の収縮の状態を示している。
【００９３】
【数１】

【００９４】
また、上記半導体装置１における、ハンダボール２のピッチが０．５ｍｍであり、かつ、１３×１３のマトリックスで合計１６９個のハンダボール２が配置されているとすると、半導体装置１のコーナに存在するハンダボール２と上記マトリックスとの中心との距離は、以下の式（２）に示すとおり、約４．２ｍｍとなる。したがって、上記の式（１）で計算した収縮率の違いを掛けると、両者の間で約１１μｍの変位量の差が生じることとなる。
【００９５】
【数２】

【００９６】
つまり、半導体装置１のコーナにおいては、ハンダボール２自体、ハンダボール２と金属部６との接合部、および、ハンダボール２と外部の回路基板３０の表面に設けられた金属ランド３１との接合部には、上記約１１μｍのずれを復元させようとする応力が作用することになる。
【００９７】
また、半導体装置１のコーナ以外の場所では、上記両接合部およびハンダボール２自体に加わる応力ほどではないが、収縮率の違いにより生じる応力が常に作用している。つまり、半導体装置１の各ハンダボール２における両接合部およびハンダボール２自体には、ずれを生じさせようとする応力が常に作用していることになる。
【００９８】
以上のように、上記ずれを生じさせようとする応力、言い換えれば、元の状態に戻ろうとするエネルギーは、主として、ハンダボール２の内部や上記両接合部で蓄えられている。このため、ハンダボール２の内部や上記両接合部では金属疲労が生じやすくなる。そして、上記金属疲労が進み、ハンダボール２や両接合部で破断が生ずると、半導体装置１は、その機能を喪失することになる。
【００９９】
ところが、上記半導体装置１においては、図６に示すように、金属部６全体に渡り、歪むことが可能となる。
【０１００】
これは、本発明の半導体装置１が、上述したように、保護膜４は、ヤング率が２０〜１００ＭＰａの物性を示す柔らかい材料、例えば、シリコン変性合成ゴムで形成され、かつ、が電極端子２毎に独立して存在する構成をとっているためである。
【０１０１】
つまり、上記保護膜４は、柔らかい材料で形成されているため伸縮性を有しており、容易に変形する。また、上記保護膜４が電極端子２毎に独立して設けられているため、他の電極端子（ハンダボール）２に対応して備えられた別の保護膜４の変位による影響を被らない。言い換えれば、保護膜４は、この保護膜４上に載置されたハンダボール２の変位にのみ影響を受けて変形し、各ハンダボール２同士が、保護膜を介して互いに力を及ぼすことはない。それゆえ、金属部６全体に渡り、歪むことができる。
【０１０２】
なお、図６に示すように、金属部６にかかる圧縮応力Ｆ１（半導体チップ２０の中心側）と引張応力Ｆ２（半導体チップ２０の周囲側）とに対して、金属部６全体が歪むことにより、金属部６と保護膜４との接触部の位置も大きく変位する。その中でも、とりわけ、引張応力Ｆ２に対して、金属部６と保護膜４との接触部の変位が生じる。
【０１０３】
また、金属部６の傘構造により、上記傘部分６ａと電極端子との接合部の面積を大きくすることができ、この接合部に加わる応力を低減することができる。
【０１０４】
以上により、上記半導体装置１を外部の回路基板３０と接続した場合、ハンダボール２にかかる応力、金属部６とハンダボール２との接合部で生ずる応力、およびハンダボール２と金属ランド３１との接続部で生ずる応力を低減することができ、ハンダボール２や上記両接合部での破断をより効果的に防ぐことが可能となる。
【０１０５】
それゆえ、本発明の半導体装置１においては、半導体装置１の実装後の熱ストレスに対して、あるいは、実装後の機械的な衝撃に対しても、従来の半導体装置よりも実装時の信頼性を向上させることが可能となる。
【０１０６】
また、図７は、上記保護膜４を形成する前（図４（ｆ）で示される工程の前）に、窒化シリコン膜などの耐湿性に優れた別の保護膜（他の保護膜）１３を形成した場合の半導体装置１’の断面の一部を拡大した拡大図である。なお、保護膜１３を形成した場合には、シード層９をエッチングする前に、この保護膜１３をエッチングする必要がある。
【０１０７】
このような構成でも、上記半導体装置１と同様な効果を得ることができる。
【０１０８】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に形成された複数の電極パッドと、前記基板上に形成されるとともに前記各電極パッドの形成領域に第１開口部を有する絶縁層とを備えた半導体チップが配された半導体ウエハに対して、半導体チップの主面側にスパッタリング法により金属シード層を形成する第１の工程と、前記金属シード層上に第１感光性レジスト層を形成して、前記第１感光性レジスト層に、フォトリソグラフィー法により複数の第２開口部を形成する第２の工程と、前記第２開口部に、前記金属シード層を電極として、電解めっきにより前記電極パッドに接続される導電部を形成する第３の工程と、前記第１感光性レジスト層を剥離する第４の工程と、前記導電部の一部が露出するように前記導電部を覆い、かつ、前記導電部毎に分離した絶縁性の保護膜であって、エポキシ系樹脂よりも縦弾性係数が小さい弾性体である保護膜をスクリーン印刷法により形成する第５の工程と、前記保護膜が形成された半導体チップ上に第２感光性レジスト層を形成する第６の工程と、前記導電部の一部が露出した保護膜における領域部を第３開口部とすると、前記第２感光性レジスト層に対して、前記第３開口部よりも開口径の大きな第４開口部を、第３開口部上にフォトリソグラフィー法により形成する第７の工程と、前記第３開口部内および前記第４開口部内に、電解めっきにより、前記導電部に接続される第１電極部を形成する第８の工程と、前記第２感光性レジスト層を剥離する第９の工程と、前記金属シード層の露出部分をエッチングする第１０の工程と、前記第１電極部上に電極端子を形成する第１１の工程と、前記半導体チップを前記半導体ウエハから個片化する第１２の工程とを備えている方法であると言える。
【０１０９】
上記の方法によれば、第１の工程により基板上に金属シード層が形成され、第２の工程により、第２開口部を有する第１感光性レジスト層が形成される。また、第３の工程により、前記電極パッドに接続される導電部が形成され、第４の工程により、上記第１感光性レジスト層が剥離される。
【０１１０】
また、第５の工程により、上記導電部の一部が露出するように該導電部を覆い、かつ、導電部毎に分離した絶縁性の保護膜であって、エポキシ系樹脂よりも縦弾性係数が小さい弾性体である保護膜が形成される。
【０１１１】
さらに、第６の工程により、前記保護膜が形成された半導体チップ上に第２感光性レジスト層が形成され、第７の工程により、前記第２感光性レジスト層に対して、前記第３開口部よりも開口径の大きな第４開口部が、第３開口部上に形成される。
【０１１２】
また、第８の工程により、前記第３開口部内および前記第４開口部内に、前記導電部に接続される第１電極部が形成される。さらに、第９の工程により、上記第２感光性レジスト層が剥離され、第１０の工程により、上記金属シード層の露出部分が除かれる。
【０１１３】
そして、第１１の工程により、上記第１電極部上に電極端子が形成され、第１２に工程により、前記半導体チップを前記半導体ウエハから個片化することで半導体装置が得られる。
【０１１４】
なお、上記の第５の工程のかわりに、感光性ポリマーで保護膜を一旦形成した後、マスキング、露光、および現像処理により、この保護膜の所定の部分を除去する処理を行い、所望とする保護膜を形成してもよい。あるいは、感光性以外の材質で保護膜を一旦形成し、この保護膜上に感光性レジストを塗布して感光性レジスト層を形成した後、マスキング、露光、および現像処理により、所望とする保護膜を得てもよい。
【０１１５】
【発明の効果】
本発明の半導体装置は、以上のように、複数の外部接続用の電極と、前記電極に接続される導電部と、前記電極と前記導電部とを接続するための開口部を有するとともに、前記導電部上に設けられた保護膜とを備え、前記保護膜は、絶縁性弾性体で形成されており、かつ、前記電極毎に分離した状態で形成されているものである。
【０１１６】
それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することが可能となる。したがって、外部の回路基板への実装後の熱ストレスに対して、および、実装後の機械的な衝撃に対して、従来の半導体装置よりも実装時の信頼性を向上させることが可能な半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１１７】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記電極は、前記導電部側の第１電極部と、前記第１電極部に対して前記導電部と反対側の第２電極部とからなり、前記第１電極部は、前記開口部から前記保護膜上に広がった傘状の形状部を有し、前記傘状の形状部の表面が前記第２電極部との接合面となっているものである。
【０１１８】
それゆえ、第１電極部と第２電極部との接合面の面積を大きくすることができる。したがって、上記第１電極部と第２電極部との接合面に加わる応力を小さくすることができるという効果を奏する。
【０１１９】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記保護膜は、スクリーン印刷が可能な流動性の熱硬化型ペースト材を加熱することにより形成されるものである。
【０１２０】
それゆえ、簡単に、所望の形状の保護膜を形成することができるという効果を奏する。
【０１２１】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記保護膜の縦弾性係数は、２０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の範囲内であるものである。
【０１２２】
それゆえ、先端部を除いた電極の部分が歪み易くなる。したがって、先端部に作用している応力を軽減することが可能となるという効果を奏する。
【０１２３】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記保護膜は、シリコン変成型合成ゴムからなるものである。
【０１２４】
それゆえ、特殊な材料を用いることなく、上記保護膜を形成することができるという効果を奏する。
【０１２５】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記導電部と前記保護膜との間には、さらに、他の保護膜が備えられているものである。
【０１２６】
それゆえ、他の保護膜が設けられていない場合よりも、上記導電部をより一層保護することができるという効果を奏する。
【０１２７】
本発明の半導体装置の製造方法は、以上のように、前記保護膜を、前記導電部毎に分離して形成し、かつ、絶縁性弾性体で形成する保護膜形成工程を備える方法である。
【０１２８】
それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することが可能となる。したがって、外部の回路基板への実装後の熱ストレスに対して、および、実装後の機械的な衝撃に対して、従来の半導体装置よりも実装時の信頼性を向上させることが可能な半導体装置の製造方法を提供することができるという効果を奏する。
【０１２９】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、上記の半導体装置の製造方法において、前記保護膜形成工程の前に、前記導電部を保護する他の保護膜を形成する工程を備えている方法である。
【０１３０】
それゆえ、上記の方法によれば、他の保護膜が設けられていない場合よりも、上記導電部をより一層保護することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、図２の半導体装置におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る、半導体チップの主面側から視た半導体装置の平面図である。
【図３】図３は、図１のＢ部の拡大図である。
【図４】図４（ａ）から図（ｐ）は、上記半導体装置の製造工程を示す説明図である。
【図５】図５は、上記半導体装置を外部の回路基板（実装基板）に実装した状態を示した断面図である。
【図６】図６は、図５のＣ部の拡大図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る、他の半導体装置の断面拡大図である。
【図８】図８は、一般的なウエハレベルＣＳＰのウエハ状態を示した説明図である。
【図９】図９は、半導体チップの主面側から視た従来の半導体装置の平面図である。
【図１０】図１０は、図９のＤ−Ｄ線矢視断面図である。
【図１１】図１１は、図１０のＥ部の拡大図である。
【図１２】図１２は、他の従来の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１・１’ 半導体装置
２電極端子（第２電極部、ハンダボール、外部接続用の電極）
３再配線（導電部）
４保護膜
４ａ開口部
５絶縁膜
５ａ開口部
６キノコ状の金属部（第１電極部、外部接続用の電極）
６ａ傘部分（傘状の形状部）
７基板
８電極パッド
９シード層
１０・１１感光性レジスト層
１１ａ開口部
１２フラックス
１３保護膜（他の保護膜）
２０半導体チップ
３０外部の回路基板
３１金属ランド
５０・１１０半導体装置
５２・１２４電極端子
１０６電極
１０７絶縁体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device mounted or built in various electronic devices and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in the field of small portable electronic devices, miniaturization, high functionality, and high-density mounting of electronic components mounted therein have been attempted. In addition, a smaller package is also required for a package for housing a semiconductor chip. Then, an IC package (semiconductor device) such as a surface type chip size package (hereinafter referred to as a CSP) having a size equal to or substantially equal to the size of the semiconductor chip has been developed, and the CSP is also one of the small mounting components. ing. Further, a wafer level CSP (semiconductor device) that performs packaging in a wafer state is also becoming one of the small mounted components. FIG. 8 is an explanatory diagram showing a wafer state of a general wafer level CSP.
[0003]
Many of these semiconductor devices called CSPs are a kind of so-called ball grid array (BGA), and have spherical metal balls formed of solder or the like on the surface of the package as external connection terminals. It is mounted on a mounting board via this metal ball.
[0004]
Also, there is a so-called flip chip having a spherical metal ball called a bump formed of solder or the like on the electrode portion of the semiconductor chip, but a protruding electrode, that is, a metal ball is provided as an external connection terminal on the structure. In that it has the same configuration as the CSP.
[0005]
One type of the wafer level CSP will be described with reference to FIGS. 9 to 11 show a basic structure of the wafer-level CSP, and FIG. 12 shows an advanced wafer-level CSP with further improved reliability at the time of mounting. Hereinafter, the wafer level CSP is referred to as a semiconductor device.
[0006]
FIG. 9 is a plan view of a conventional semiconductor device viewed from a main surface side of a semiconductor chip, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line DD of FIG. FIG. 11 is an enlarged view of a portion E in FIG.
[0007]
As will be described in detail later, the semiconductor device 50 protects the plurality of electrode terminals 52, the rewiring 53 connected to each of the electrode terminals 52, and the rewiring 53, as shown in FIG. A protective film 54 for performing the operation. Further, as shown in FIG. 10, the semiconductor device 50 includes a semiconductor chip 60 on the side opposite to the electrode terminals 52 with respect to the rewiring 53.
[0008]
Here, the protective film 54 is formed of a material such as polyimide, polybenzoxazole (PBO), and benzocyclobutene (BCB). The longitudinal elastic modulus of the polybenzoxazole (PBO) is, for example, about 3000 MPa, and that of benzocyclobutene (BCB) is, for example, about 2,300 MPa.
[0009]
Further, as shown in FIG. 11, the semiconductor chip 60 has a plurality of electrodes 56 formed on the main surface of the substrate 51 and a part of the electrodes 56 so that each of the electrodes 56 is not completely closed. The region is formed so as to be covered with the insulating film 57. Here, the insulating film 57 is formed of, for example, an oxide film or a nitride film, and may be formed by further adding an insulating film of polyimide or the like.
[0010]
On the semiconductor chip 60, the rewiring 53 is formed via a seed layer 55 as a base. Further, the protective film 54 has an opening that does not block a part of the rewiring 53. Further, the electrode terminal 52, for example, a solder ball, is provided in the opening so that it can be connected to an external connection terminal or the like.
[0011]
FIG. 12 shows a modification of the semiconductor device described in FIGS. 9 to 11, and shows only a cross-sectional view of the semiconductor device as viewed from the main surface side of the semiconductor chip. The semiconductor device shown in FIG. 12 is the semiconductor device 110 disclosed in JP-A-2001-291733.
[0012]
In the semiconductor chip 100, a plurality of electrodes (connection pads) 102 are formed on a main surface of a substrate 101, and a part of each electrode 102 is formed of an insulating film 103 so as not to completely cover each electrode 102. Covered. Here, the insulating film 103 is formed of, for example, an oxide film. Then, on the semiconductor chip 100, a rewiring 105 having a base layer as a seed layer (not shown) is formed.
[0013]
The description so far is basically the same as the configuration of the semiconductor device described with reference to FIGS. The difference is that a plurality of pillars or posts formed by growing a metal such as copper by plating between the rewiring 105 and an electrode terminal 124 (such as a solder ball) corresponding to the electrode terminal 52 are formed. And a thick-film insulator 107 formed of an epoxy resin or the like, which fills the space between the electrodes 106.
[0014]
The electrode 106 includes a lower electrode 106a and an upper electrode 106b. In forming the electrode 106, the lower electrode 106a is formed first, and the insulator 107 is formed on the semiconductor chip 100 including the lower electrode 106a. Then, the upper surface of the insulator 107 is polished to expose the upper surface of the lower electrode 106a, and the upper electrode 106b is formed on the exposed portion. Thus, the mushroom-shaped electrode 106 is completed.
[0015]
Further, a metal ball (for example, a solder ball formed of solder) is placed on the upper electrode 106b, and the metal ball is reflowed (welded with solder paste or flux) to form an electrode terminal 124 serving as an external connection terminal. Thereafter, the semiconductor device 110 is completed by dicing the wafer into individual semiconductor chip units.
[0016]
The semiconductor device 110 shown in FIG. 12 is different from the semiconductor device 50 shown in FIGS. 9 to 11 and the semiconductor device having a structure in which a metal ball is simply mounted on the lower electrode 106a in that the metal ball and the underlying The bonding area with the metal, that is, the area of the bonding portion between the electrode terminal 124 and the electrode 106 can be increased, and the bonding reliability can be improved.
[0017]
More specifically, when a semiconductor device utilizing melting and solidification of a metal ball is mounted on an external circuit board, a solder ball (electrode terminal 124) caused by a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor device and the external circuit board. Can be alleviated at the attachment portion of the first member. In addition, since the concentration of stress can be reduced as described above, breakage of a joint portion caused by mechanical stress such as vibration or bending of the semiconductor device 110 can be prevented. Therefore, when the semiconductor device 110 is mounted on an external circuit board, the reliability of the semiconductor device 110 itself and the reliability of the circuit board including the semiconductor device and the external circuit board can be improved.
[0018]
[Patent Document 1]
JP 2001-291733 A (publication date: October 19, 2001)
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the semiconductor device 110 described above, although an improvement in reliability at the time of mounting due to stress dispersion is recognized, there is a limit to dispersing stress due to an increase in the area of a region at a joint portion between the electrode terminal 124 and the electrode 106. is there. In other words, although the stress applied to the joint is reduced by the increase in the area, some large stress is still applied to the joint.
[0020]
In the semiconductor device 110, since the upper electrode 106b is fixedly formed on the insulator 107 formed of a relatively hard epoxy-based resin, the semiconductor device 110 is mounted on an external circuit board. Even when a stress is generated in the above-described joint, the disposition of the upper electrode 106b with respect to the substrate 101 hardly changes. On the other hand, the electrode terminal 124 is bonded to an external circuit board in a state where the shape is deformed by the stress. As described above, in the semiconductor device 110, the deformation of the electrode terminal 124 is mainly used for bonding to the external circuit board. Therefore, a large stress is applied to the electrode terminal 124 itself.
[0021]
The present invention has been made in order to solve the above problems, and has as its object the purpose of preventing thermal stress after mounting on an external circuit board and mechanical shock after mounting. It is another object of the present invention to provide a semiconductor device capable of improving the reliability of the device at the time of mounting.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the semiconductor device of the present invention includes a plurality of electrodes for external connection, a conductive portion connected to the electrode, and an opening for connecting the electrode and the conductive portion. And a protective film provided on the conductive portion, wherein the protective film is formed of an insulating elastic body, and is formed in a state of being separated for each electrode. I have.
[0023]
According to the above invention, the protective film is formed of an elastic material.
[0024]
Here, when mounting the semiconductor device on an external circuit board, generally, first, the semiconductor device and the external circuit board are first heated to a certain temperature range (for example, 230 ° C. to 260 ° C.) using a reflow device. By heating, the tip of the external connection electrode (hereinafter, referred to as an external connection electrode) (a portion opposite to the conductive portion, for example, a solder ball portion formed of solder) is melted, and the semiconductor device and the outside are melted. Is welded to the circuit board. After that, it is cooled to a normal temperature state (for example, 25 ° C.) in the reflow device.
[0025]
When the semiconductor device is mounted on an external circuit board as described above, the front end and the connection portion of the external circuit board are joined in a state where both the semiconductor device and the external circuit board are expanded. . Here, the expansion coefficient of the semiconductor device and the expansion coefficient of the external circuit board are different from each other due to their compositions. Therefore, when the two are returned to the normal temperature state, a large stress is generated in the external connection electrode of the semiconductor device and the connection portion with the external circuit board.
[0026]
In particular, when the protective film is formed of a hard material, a particularly large stress acts on the tip of the external connection electrode of the semiconductor device. In other words, since the side surface of the external connection electrode is firmly fixed with a hard material, a portion (part of the external connection electrode) of the external connection electrode excluding the distal end cannot be distorted. The part is distorted by receiving a large stress. Therefore, when mounted on an external circuit board, metal fatigue is likely to occur at the tip portion and the connection portion, and the reliability of the device is reduced.
[0027]
However, by forming the protective film from an elastic body, it is possible to distort the portion of the external connection electrode other than the tip. In other words, the portion of the external connection electrode other than the distal end portion is easily fixed because it is fixed with a stretchable material. Therefore, it is possible to reduce the stress acting on the tip.
[0028]
The protective film is formed separately for each of the external connection electrodes. That is, the protective film is provided independently for each external connection electrode.
[0029]
For this reason, the protective film is not affected by the displacement of another protective film provided corresponding to another external connection electrode. That is, the protective film is deformed by being affected only by the displacement of the external connection electrode corresponding to the protective film, and the external connection electrode and the other external connection electrode are mutually forced via the protective film. Does not affect.
[0030]
Therefore, the portion of the external connection electrode other than the tip portion is not subjected to an external force due to the displacement of the other protective film, and is easily distorted. Therefore, the stress acting on the tip can be reduced.
[0031]
As described above, a semiconductor capable of improving the reliability at the time of mounting compared to a conventional semiconductor device against thermal stress after mounting on an external circuit board and against mechanical shock after mounting. An apparatus can be provided.
[0032]
Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the semiconductor device described above, the electrode includes a first electrode portion on the conductive portion side, and a second electrode portion on a side opposite to the conductive portion with respect to the first electrode portion. Wherein the first electrode portion has an umbrella-shaped portion extending from the opening onto the protective film, and the surface of the umbrella-shaped portion serves as a bonding surface with the second electrode portion. It is characterized by having.
[0033]
According to the invention, the first electrode portion has an umbrella-shaped portion extending from the opening to the protective film, and the surface of the umbrella-shaped portion is joined to the second electrode portion. Surface.
[0034]
Incidentally, for example, a chip-size package type external connection electrode (electrode terminal) is generally formed by welding a solder ball or the like to a conductive metal part connected to the conductive part. That is, the external connection electrode is constituted by the metal part (first electrode part) and the solder ball part (second electrode part).
[0035]
In the present invention, with the above configuration, the area of the joint surface between the first electrode unit and the second electrode unit can be increased. Therefore, the stress applied to the joint surface between the first electrode portion and the second electrode portion can be reduced.
[0036]
Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above-described semiconductor device, the protective film is formed by heating a fluid thermosetting paste material that can be screen printed.
[0037]
According to the invention, the protective film is formed using a fluid thermosetting paste material that can be screen printed.
[0038]
Therefore, a protective film having a desired shape can be easily formed.
[0039]
Further, the semiconductor device of the present invention is characterized in that in the above semiconductor device, the longitudinal elastic modulus of the protective film is in a range of 20 MPa or more and 100 MPa or less.
[0040]
According to the above invention, the longitudinal elastic modulus of the protective film is in the range of 20 MPa or more and 100 MPa or less.
[0041]
Therefore, the portion of the external connection electrode other than the tip portion is easily distorted. Therefore, it is possible to reduce the stress acting on the tip.
[0042]
Further, the semiconductor device of the present invention is characterized in that, in the above-mentioned semiconductor device, the protective film is made of a silicon modified synthetic rubber.
[0043]
According to the above invention, the protective film is formed of a silicone modified synthetic rubber.
[0044]
Therefore, the protective film can be formed without using a special material.
[0045]
Further, the semiconductor device of the present invention is characterized in that, in the above-mentioned semiconductor device, another protective film is further provided between the conductive portion and the protective film.
[0046]
According to the above invention, the conductive portion is protected by another protective film.
[0047]
Therefore, the conductive portion can be further protected than when no other protective film is provided. For example, the reliability of the semiconductor device can be further improved by forming the other protective film from a material having excellent moisture resistance.
[0048]
In order to solve the above-described problems, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes an insulating protective film having an opening for connecting a plurality of external connection electrodes and a conductive portion connected to the electrodes. And a method of manufacturing a semiconductor device having an insulating protective film provided on the conductive portion, wherein the protective film is formed separately for each conductive portion, and the insulating elastic body And a step of forming a protective film.
[0049]
According to the above method, in the protective film forming step, the protective film is formed separately for each of the conductive portions, and is formed of an insulating elastic body.
[0050]
Here, when mounting the semiconductor device on an external circuit board, generally, first, the semiconductor device and the external circuit board are first heated to a certain temperature range (for example, 230 ° C. to 260 ° C.) using a reflow device. Heating is performed to melt the tip of the external connection electrode (a portion opposite to the conductive portion, for example, a solder ball portion formed of solder), thereby welding the semiconductor device and the external circuit board. After that, it is cooled to a normal temperature state (for example, 25 ° C.) in the reflow device.
[0051]
When the semiconductor device is mounted on an external circuit board as described above, the front end and the connection portion of the external circuit board are joined in a state where both the semiconductor device and the external circuit board are expanded. . Here, the expansion coefficient of the semiconductor device and the expansion coefficient of the external circuit board are different from each other due to their compositions. Therefore, when the two are returned to the normal temperature state, a large stress is generated in the external connection electrode of the semiconductor device and the connection portion with the external circuit board.
[0052]
In particular, when the protective film is formed of a hard material, a particularly large stress acts on the tip of the external connection electrode of the semiconductor device. In other words, since the side surface of the external connection electrode is firmly fixed with a hard material, a portion (part of the external connection electrode) of the external connection electrode excluding the distal end cannot be distorted. The part is distorted by receiving a large stress. Therefore, when mounted on an external circuit board, metal fatigue is likely to occur at the tip portion and the connection portion, and the reliability of the device is reduced.
[0053]
However, by forming the above-mentioned protective film with an elastic body as shown in the above-mentioned protective film forming step, it is also possible to distort the portion of the external connection electrode except for the tip. That is, the portion of the external connection electrode other than the tip portion is fixed with a stretchable material, so that it is easily distorted. Therefore, it is possible to reduce the stress acting on the tip.
[0054]
The protective film is formed separately for each of the external connection electrodes. That is, the protective film is provided independently for each external connection electrode. For this reason, the protective film is not affected by the displacement of another protective film provided corresponding to another external connection electrode. That is, the protective film is deformed by being affected only by the displacement of the external connection electrode corresponding to the protective film, and the external connection electrode and the other external connection electrode are mutually forced via the protective film. Does not affect. Therefore, the portion of the external connection electrode except for the tip end portion is not subjected to an external force due to the displacement of the other protective film, and is easily deformed. Therefore, it is possible to reduce the stress acting on the tip.
[0055]
As described above, a semiconductor capable of improving the reliability at the time of mounting compared to a conventional semiconductor device against thermal stress after mounting on an external circuit board and against mechanical shock after mounting. A method for manufacturing the device can be provided.
[0056]
In forming the protective film, for example, a screen printing method can be used.
[0057]
Further, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the method of manufacturing a semiconductor device described above, a step of forming another protective film for protecting the conductive portion is provided before the step of forming the protective film. Features.
[0058]
According to the above method, the conductive portion is further protected by another protective film.
[0059]
Therefore, according to the above method, the conductive portion can be further protected as compared with the case where no other protective film is provided. For example, the reliability of the semiconductor device can be further improved by forming the other protective film from a material having excellent moisture resistance.
[0060]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0061]
FIG. 2 is a plan view of the semiconductor device 1 according to the embodiment of the present invention, as viewed from the main surface side of the semiconductor chip, that is, from the side where the electrode terminals 2 described below are attached. FIG. 1 is a sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 3 is an enlarged view of a portion B in FIG.
[0062]
As will be described in detail later, as shown in FIG. 2, the semiconductor device 1 has a plurality of electrode terminals (second electrode portions) 2, re-wirings (conductive portions) 3 connected to each of the electrode terminals 2. , A protective film (insulating protective film) 4, an insulating film (insulating layer) 5, and a conductive mushroom-shaped metal portion (first electrode portion) 6 serving as an electrode. have. As shown in FIG. 1, the semiconductor device 1 includes a semiconductor chip 20 on the opposite side of the rewiring 3 from the electrode terminals 2. The electrode terminal 2 and the metal part 6 corresponding to the electrode terminal 2 are collectively referred to as an electrode for external connection.
[0063]
Further, in the semiconductor chip 20, as shown in FIG. 3, a plurality of electrode pads 8 (only one electrode pad 8 is shown in FIG. 3) is formed on the main surface of the substrate 7, and each of the electrode pads 8 Part of the electrode pad 8 is formed so as to be covered with the insulating film 5 so as not to completely block each of them. More specifically, the insulating film 5 has an opening (first opening) 5a that does not block a part of the electrode pad 8. Here, the insulating film 5 is formed of, for example, an oxide film or a nitride film, and may be formed by further adding an insulating film of polyimide or the like.
[0064]
On the semiconductor chip 20, the rewiring 3 is formed via a seed layer (metal seed layer) 9 as a base. More specifically, a seed layer 9 is formed on a part of the electrode pad 8 and a part of the insulating film 5, and the rewiring 3 is formed on a part of the seed layer 9. I have.
[0065]
The protective film 4 which is a feature of the present invention is formed so as to cover the rewiring 3. Further, the protective film 4 has an opening (third opening) 4a which does not block a part of the rewiring 3. Further, as shown, the protective film 4 is formed on a part of the rewiring 3 and a part of the seed layer 9.
[0066]
Further, the metal portion 6 is formed in a shape that completely fills the opening 4a and overflows from the opening 4a and spreads over a partial region on the protective film 4, that is, a mushroom shape. I have. The electrode terminal 2 (for example, a solder ball) is provided on the metal part 6 so as to be connectable to an external connection terminal or the like.
[0067]
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0068]
First, as shown in FIG. 4A, a semiconductor chip 20 is prepared in which a plurality of electrode pads 8 are exposed on the main surface side of the substrate 7 and the surface is covered with the insulating film 5. At this point and up to the point shown in FIG. 4 (p) shown below, the semiconductor chip is manufactured, that is, the semiconductor chip as shown in FIG. Although the process proceeds in (state), FIGS. 4 (a) to 4 (p) show only one semiconductor chip at a certain position on the wafer.
[0069]
Next, as shown in FIG. 4B, titanium tungsten (TiW) is formed on the entire surface of the wafer to a thickness of 0.1 to 0.3 [mu] m by a sputtering apparatus, and copper is further coated on the tungsten to a thickness of 0.1 to 0.3 .mu.m. The seed layer 9 is formed by vapor deposition with a thickness of 3 μm. Thereafter, a photosensitive resist (for example, a photosensitive resist of PMER series manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied on the seed layer 9 by a spin coater to form a photosensitive resist layer (first photosensitive resist layer) 10. I do.
[0070]
Thereafter, as shown in FIG. 4C, the photosensitive resist layer 10 is masked, and predetermined portions are removed by exposure and development. At this time, the thickness of the photosensitive resist layer 10 is 10 to 20 μm. The opening formed when the predetermined portion is removed is referred to as a second opening.
[0071]
Next, as shown in FIG. 4D, a rewiring 3 is formed in a portion where the photosensitive resist layer 10 has been removed by electrolytic plating using the seed layer 9 as an electrode. More specifically, on the seed layer 9 from which the photoreceptor resist layer 10 has been removed, continuous plating is performed in this order using copper, nickel, and gold. Here, copper is formed to a thickness of 4 to 8 μm, nickel is formed to a thickness of 4 to 8 μm, and gold is further formed to a thickness of 0.05 to 0.15 μm. . In the step of forming the rewiring 3, the rewiring may be formed only directly above the electrode pad 8, and the metal part 6 to be formed thereafter may be arranged just above the electrode pad 8. .
[0072]
Next, as shown in FIG. 4E, the photosensitive resist 10 left on the seed layer 9 in FIG. 4C is completely removed with a stripping solution. Thereafter, as shown in FIG. 4F, the protective film 4 is again applied to the entire surface of the wafer by the spin coater. As the protective film 4, for example, a negative-type epoxy-based photosensitive polymer may be used.
[0073]
In the following description, dimensions are described on the assumption that the pitch of the electrode terminals (solder balls) 2 as external connection terminals is 0.5 mm for convenience of explanation.
[0074]
Next, as shown in FIG. 4G, the protective film 4 is masked, and predetermined portions are removed by exposure and development to form a protective film 4 having a desired shape. More specifically, the protective film 4 after the removal of the predetermined portion, while independently covering each rewiring 3, partially covers the rewiring 3, that is, a region where the external connection terminal is to be formed thereafter. The corresponding part is formed in a shape that does not cover. That is, the protective film 4 is formed such that the above-described opening 4a is formed. The diameter of the opening above the opening 4a is about 100 μm. Further, at this time, the thickness of the protective film 4 is 30 μm.
[0075]
The protective film 4 does not need to be a photosensitive film. For example, a method of applying the above-described photosensitive resist or the like on the protective film 4 after applying the protective film 4 to the entire surface of the wafer may be adopted. In this case, the same shape can be obtained by patterning the photosensitive resist layer to act as a mask to partially remove the protective film 4 and then peeling off the photosensitive resist layer.
[0076]
Further, the protective film 4 formed according to FIGS. 4F and 4G can be formed by a method different from the above method, that is, a screen printing method. In this case, by using, for example, a silicon-modified synthetic rubber as the material of the protective film 4, the elasticity of the protective film itself becomes greater than when the above-described negative-type epoxy-based photosensitive polymer is used. Therefore, as will be described later, this greatly contributes to improvement in reliability during mounting.
[0077]
Furthermore, when the protective film 4 is formed, by changing the thickness of the protective film 4 in various ways, it is possible to adjust the height of the metal portion 6 and thus the electrode terminals 2 from the main surface of the substrate 7.
[0078]
Further, the protective film 4 is made of a material having physical properties whose longitudinal elastic modulus (Young's modulus) is in the range of 20 to 100 MPa after the final step, that is, after processing described later with reference to FIG. It is preferable to use it. The above silicon-modified synthetic rubber has a longitudinal elastic modulus of about 36 MPa, which is preferable. On the other hand, the modulus of longitudinal elasticity of the polyimide-based material is approximately in the range of 2000 to 10000 MPa (a value of about 5000 MPa). Therefore, it is not suitable as a material for the protective film 4 because it is too hard. In addition, the epoxy-based material generally has a modulus of longitudinal elasticity of 10,000 MPa or more, and is not suitable as a material for the protective film 4 because it is too hard.
[0079]
After masking the protective film 4 and removing a predetermined portion by exposure and development, a photosensitive resist is further applied to the entire surface of the wafer by a spin coater as shown in FIG. A second photosensitive resist layer) 11 is formed. Thereafter, as shown in FIG. 4 (i), masking is performed, and predetermined portions are removed by performing exposure and development processing.
[0080]
In this case, the predetermined place refers to a place where the metal part 6 is grown on the rewiring 3 by the subsequent electrolytic plating. As shown in FIG. 4 (i), the photosensitive resist layer 11 is formed in a part of the region to prevent the plating from growing on the seed layer 9 when the metal part 6 is grown. , Leave without removal. As described above, by leaving the photosensitive resist layer 11 in a part of the region, an opening (a fourth opening) 11a having a larger opening diameter than the opening 4a is formed in the photosensitive resist layer 11. It can be formed on the opening 4a.
[0081]
It is sufficient that the photosensitive resist layer 11 remains at least on the seed layer 9 exposed on the surface before the photosensitive resist for forming this layer is applied. Therefore, instead of forming the photosensitive resist layer 11, an insulator may be printed on a portion where the seed layer 9 is exposed on the surface.
[0082]
Next, as shown in FIG. 4 (j) and FIG. 4 (k), after removing the predetermined portion, copper is grown by electrolytic plating using the seed layer 9 as an electrode, and the above-described metal portion 6 is removed. Form. FIG. 4 (j) is a cross-sectional view showing a state in the middle of plating, and FIG. 4 (k) is a cross-sectional view showing a state where plating is completed. In the state where the plating is completed, the diameter of the lower portion of the umbrella portion (umbrella-shaped portion) 6a of the metal portion 6 is 200 μm.
[0083]
Next, as shown in FIG. 4 (l), the photosensitive resist layer 11 is peeled off. Thereafter, the seed layer 9 exposed by peeling of the photosensitive resist layer 11 is etched with an etchant in the direction of arrow F0 as shown in FIG.
[0084]
When etching the seed layer 9 made of titanium tungsten and copper, the metal part 6 and the protective film 4 serve as a mask. At this time, since the metal portion 6 is formed of copper, the surface of the metal portion 6 is also slightly etched. However, since the thickness of the metal portion 6 is sufficiently larger than the thickness of the seed layer 9, the size of the metal portion 6 hardly changes.
[0085]
Next, after etching with an etchant, the flux 12 is transferred onto the metal part 6 as shown in FIG. Thereafter, as shown in FIG. 4 (o), a solder ball (electrode terminal) 2 having a diameter of 300 μm is placed on the flux 12.
[0086]
Then, the entire wafer is passed through a furnace of a reflow apparatus set at a temperature of 230 ° C. to 260 ° C. to melt the solder balls 2, and thereafter, the entire wafer is returned to a normal temperature environment. 6 will be joined to the upper part.
[0087]
Furthermore, the semiconductor device 1 of the present invention is obtained by dicing the entire wafer, that is, by singulating the wafer.
[0088]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where the semiconductor device 1 of the present invention is mounted on an external circuit board (mounting board) 30. On the surface of the external circuit board, a metal land 31 serving as a connection portion with an external electrode terminal and a solder resist 32 are formed.
[0089]
FIG. 6 is an enlarged view of a portion C in FIG.
[0090]
In the case of the semiconductor device (wafer level CSP) 1 as in the present invention, most of the constituent materials are occupied by silicon, which is the bulk portion of the semiconductor chip 20. Here, the thermal expansion coefficient of silicon is about 3 × 10 ^-6 / ° C, and the thermal expansion coefficient of a general glass epoxy mounting board is about 15 × 10 ^-6 / ° C.
[0091]
Therefore, when the reflow temperature (temperature in the reflow zone) is set to 240 ° C., the semiconductor device 1 and the external circuit board 30 are thermally expanded at different expansion rates through the molten solder balls 2 in a state where they are thermally expanded. Joined.
[0092]
Here, the semiconductor device 1 and the external circuit board 30 are returned from 240 ° C. to normal temperature, for example, 25 ° C., as shown in the following equation (1). In this case, a difference in shrinkage of about 0.26% occurs between the two. That is, as shown in FIG. 5, when the temperature is returned to normal temperature, the external circuit board 30 tends to shrink more than the semiconductor device 1. In the same figure, arrows show the contracted state of both.
[0093]
(Equation 1)

[0094]
Further, assuming that the pitch of the solder balls 2 in the semiconductor device 1 is 0.5 mm and that a total of 169 solder balls 2 are arranged in a 13 × 13 matrix, The distance between the solder ball 2 and the center of the matrix is about 4.2 mm as shown in the following equation (2). Therefore, multiplying the difference in the shrinkage calculated by the above equation (1) results in a difference in displacement of about 11 μm between the two.
[0095]
(Equation 2)

[0096]
That is, in the corner of the semiconductor device 1, the solder ball 2 itself, the joint between the solder ball 2 and the metal part 6, and the joint between the solder ball 2 and the metal land 31 provided on the surface of the external circuit board 30 A stress is applied to the portion to restore the displacement of about 11 μm.
[0097]
In addition, at places other than the corners of the semiconductor device 1, the stress generated due to the difference in shrinkage is always applied, although not as much as the stress applied to the joints and the solder ball 2 itself. That is, a stress that causes a displacement is always applied to both joints of each solder ball 2 of the semiconductor device 1 and the solder ball 2 itself.
[0098]
As described above, the stress for causing the above-mentioned displacement, in other words, the energy for returning to the original state is mainly stored in the inside of the solder ball 2 and the above-mentioned two joints. For this reason, metal fatigue easily occurs inside the solder ball 2 and in the above-mentioned two joints. When the metal fatigue proceeds and breaks occur at the solder ball 2 and both joints, the semiconductor device 1 loses its function.
[0099]
However, in the semiconductor device 1, as shown in FIG. 6, the entire metal part 6 can be distorted.
[0100]
In the semiconductor device 1 of the present invention, as described above, the protective film 4 is formed of a soft material having a Young's modulus of 20 to 100 MPa, for example, a silicon-modified synthetic rubber. This is because a configuration that exists independently for each case is adopted.
[0101]
That is, since the protective film 4 is formed of a soft material, it has elasticity and is easily deformed. Further, since the protective film 4 is provided independently for each electrode terminal 2, it is not affected by the displacement of another protective film 4 provided corresponding to the other electrode terminals (solder balls) 2. . In other words, the protective film 4 is deformed under the influence of only the displacement of the solder balls 2 placed on the protective film 4, and the solder balls 2 exert forces on each other via the protective film. Absent. Therefore, the entire metal part 6 can be distorted.
[0102]
As shown in FIG. 6, the entire metal part 6 is distorted with respect to the compressive stress F1 (the center side of the semiconductor chip 20) and the tensile stress F2 (the peripheral side of the semiconductor chip 20) applied to the metal part 6. Also, the position of the contact portion between the metal part 6 and the protective film 4 is also largely displaced. Among them, the displacement of the contact portion between the metal part 6 and the protective film 4 is caused particularly by the tensile stress F2.
[0103]
In addition, the umbrella structure of the metal portion 6 can increase the area of the joint between the umbrella portion 6a and the electrode terminal, and reduce the stress applied to this joint.
[0104]
As described above, when the semiconductor device 1 is connected to the external circuit board 30, the stress applied to the solder ball 2, the stress generated at the joint between the metal portion 6 and the solder ball 2, and the stress between the solder ball 2 and the metal land 31 It is possible to reduce the stress generated at the connection portion, and it is possible to more effectively prevent the breakage at the solder ball 2 and the two joint portions.
[0105]
Therefore, in the semiconductor device 1 of the present invention, the reliability at the time of mounting is lower than that of the conventional semiconductor device against thermal stress after mounting the semiconductor device 1 or mechanical shock after mounting. Can be improved.
[0106]
FIG. 7 shows another protective film (another protective film) 13 having excellent moisture resistance, such as a silicon nitride film, before forming the protective film 4 (before the step shown in FIG. 4F). FIG. 4 is an enlarged view showing a part of a cross section of a semiconductor device 1 ′ in a case where a semiconductor device is formed. When the protective film 13 is formed, it is necessary to etch the protective film 13 before etching the seed layer 9.
[0107]
With such a configuration, the same effect as that of the semiconductor device 1 can be obtained.
[0108]
Further, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the step of forming a plurality of electrode pads formed on a substrate and an insulating layer formed on the substrate and having a first opening in a region where each of the electrode pads is formed. A first step of forming a metal seed layer by a sputtering method on a main surface side of a semiconductor chip on a semiconductor wafer having a semiconductor chip provided thereon, and forming a first photosensitive resist layer on the metal seed layer A second step of forming a plurality of second openings in the first photosensitive resist layer by a photolithography method; and forming the metal seed layer as an electrode in the second opening by electrolytic plating. A third step of forming a conductive part connected to the electrode pad, a fourth step of peeling the first photosensitive resist layer, and covering the conductive part so that a part of the conductive part is exposed; And before A fifth step of forming, by a screen printing method, a protective film that is an insulating protective film separated for each conductive portion and is an elastic body having a smaller longitudinal elastic modulus than an epoxy resin, and the protective film is formed. A sixth step of forming a second photosensitive resist layer on the semiconductor chip that has been formed, and a region in the protective film where a part of the conductive portion is exposed is defined as a third opening. On the other hand, a seventh step of forming a fourth opening having a larger opening diameter than the third opening on the third opening by a photolithography method, and forming a fourth opening in the third opening and the fourth opening. An eighth step of forming a first electrode portion connected to the conductive portion by electrolytic plating, a ninth step of stripping the second photosensitive resist layer, and etching an exposed portion of the metal seed layer Before the tenth step An eleventh step of forming an electrode terminal on the first electrode portion, it can be said that the a method of the semiconductor chip from the semiconductor wafer and a twelfth step of singulating.
[0109]
According to the above method, the metal seed layer is formed on the substrate in the first step, and the first photosensitive resist layer having the second opening is formed in the second step. In a third step, a conductive portion connected to the electrode pad is formed, and in a fourth step, the first photosensitive resist layer is peeled.
[0110]
The fifth step is an insulating protective film that covers the conductive portion so that a part of the conductive portion is exposed and is separated for each conductive portion, and has a modulus of elasticity greater than that of the epoxy resin. The protective film is formed of a small elastic body.
[0111]
Further, in a sixth step, a second photosensitive resist layer is formed on the semiconductor chip on which the protective film is formed, and in a seventh step, the third opening is formed on the second photosensitive resist layer with respect to the third opening. A fourth opening having a larger opening diameter than the portion is formed on the third opening.
[0112]
In the eighth step, a first electrode portion connected to the conductive portion is formed in the third opening and the fourth opening. Further, the ninth step removes the second photosensitive resist layer, and the tenth step removes an exposed portion of the metal seed layer.
[0113]
In the eleventh step, an electrode terminal is formed on the first electrode part, and in the twelfth step, a semiconductor device is obtained by dividing the semiconductor chip from the semiconductor wafer.
[0114]
Note that, instead of the fifth step, after a protective film is once formed of a photosensitive polymer, a process of removing a predetermined portion of the protective film by masking, exposure, and development is performed, and the process is performed. A protective film may be formed. Alternatively, once a protective film is formed of a material other than photosensitive, a photosensitive resist is applied on the protective film to form a photosensitive resist layer, and then the desired protective film is formed by masking, exposing, and developing. May be obtained.
[0115]
【The invention's effect】
As described above, the semiconductor device of the present invention has a plurality of electrodes for external connection, a conductive portion connected to the electrode, and an opening for connecting the electrode and the conductive portion, A protective film provided on the conductive portion, wherein the protective film is formed of an insulating elastic material and is formed separately for each of the electrodes.
[0116]
Therefore, it is possible to reduce the stress acting on the tip. Therefore, a semiconductor device capable of improving the reliability at the time of mounting over a conventional semiconductor device against thermal stress after mounting on an external circuit board and against mechanical shock after mounting. Is provided.
[0117]
Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the semiconductor device described above, the electrode includes a first electrode portion on the conductive portion side, and a second electrode portion on a side opposite to the conductive portion with respect to the first electrode portion. Wherein the first electrode portion has an umbrella-shaped portion extending from the opening onto the protective film, and the surface of the umbrella-shaped portion serves as a bonding surface with the second electrode portion. Is what it is.
[0118]
Therefore, the area of the joint surface between the first electrode unit and the second electrode unit can be increased. Therefore, there is an effect that the stress applied to the joint surface between the first electrode portion and the second electrode portion can be reduced.
[0119]
Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above semiconductor device, the protective film is formed by heating a fluid thermosetting paste material that can be screen printed.
[0120]
Therefore, there is an effect that a protective film having a desired shape can be easily formed.
[0121]
Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above-described semiconductor device, the longitudinal elastic modulus of the protective film is in a range of 20 MPa or more and 100 MPa or less.
[0122]
Therefore, the portion of the electrode excluding the tip portion is easily distorted. Therefore, there is an effect that the stress acting on the tip can be reduced.
[0123]
Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above-described semiconductor device, the protective film is made of a silicon modified synthetic rubber.
[0124]
Therefore, there is an effect that the protective film can be formed without using a special material.
[0125]
Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above-described semiconductor device, another protective film is further provided between the conductive portion and the protective film.
[0126]
Therefore, there is an effect that the conductive portion can be further protected as compared with a case where another protective film is not provided.
[0127]
As described above, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method including a protective film forming step of forming the protective film separately for each of the conductive portions and using an insulating elastic body.
[0128]
Therefore, it is possible to reduce the stress acting on the tip. Therefore, a semiconductor device capable of improving the reliability at the time of mounting over a conventional semiconductor device against thermal stress after mounting on an external circuit board and against mechanical shock after mounting. It is possible to provide a manufacturing method of the present invention.
[0129]
Further, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is the method for manufacturing a semiconductor device described above, further comprising a step of forming another protective film for protecting the conductive portion before the step of forming the protective film. is there.
[0130]
Therefore, according to the above-described method, there is an effect that the conductive portion can be further protected as compared with a case where another protective film is not provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor device of FIG. 2 taken along line AA.
FIG. 2 is a plan view of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, as viewed from the main surface side of the semiconductor chip.
FIG. 3 is an enlarged view of a portion B in FIG. 1;
FIG. 4A to FIG. 4P are explanatory views showing manufacturing steps of the semiconductor device.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where the semiconductor device is mounted on an external circuit board (mounting board).
FIG. 6 is an enlarged view of a portion C in FIG. 5;
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of another semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a wafer state of a general wafer level CSP.
FIG. 9 is a plan view of a conventional semiconductor device viewed from a main surface side of a semiconductor chip.
FIG. 10 is a sectional view taken along line DD in FIG. 9;
FIG. 11 is an enlarged view of a portion E in FIG. 10;
FIG. 12 is a sectional view of another conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
1.1 'semiconductor device
2. Electrode terminal (second electrode part, solder ball, electrode for external connection)
3 Rewiring (conductive part)
4 Protective film
4a Opening
5 Insulating film
5a Opening
6 Mushroom-shaped metal part (first electrode part, electrode for external connection)
6a Umbrella part (umbrella-shaped part)
7 Substrate
8 electrode pad
9 Seed layer
10.11 Photosensitive resist layer
11a Opening
12 flux
13 Protective film (other protective film)
20 Semiconductor chip
30 External circuit board
31 metal land
50 ・ 110 Semiconductor device
52 ・ 124 electrode terminal
106 electrodes
107 insulator

Claims

A plurality of electrodes for external connection,
A conductive portion connected to the electrode,
Having an opening for connecting the electrode and the conductive portion, and comprising a protective film provided on the conductive portion,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the protective film is formed of an insulating elastic material, and is formed separately for each of the electrodes.

The electrode includes a first electrode unit on the conductive unit side and a second electrode unit on the opposite side of the conductive unit with respect to the first electrode unit.
The first electrode portion has an umbrella-shaped portion extending from the opening onto the protective film, and the surface of the umbrella-shaped portion is a bonding surface with the second electrode portion. The semiconductor device according to claim 1, wherein:

The semiconductor device according to claim 1, wherein the protective film is formed by heating a fluid thermosetting paste material that can be screen printed.

4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a longitudinal elastic modulus of the protective film is in a range of 20 MPa or more and 100 MPa or less. 5.

5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the protective film is made of a silicone modified molded synthetic rubber. 6.

The semiconductor device according to claim 1, further comprising another protection film between the conductive portion and the protection film.

An insulating protective film having an opening for connecting a plurality of electrodes for external connection and a conductive portion connected to the electrode, and an insulating protective film provided on the conductive portion In a method for manufacturing a semiconductor device having
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming the protective film separately for each of the conductive portions and forming the protective film with an insulating elastic body.

8. The method according to claim 7, further comprising a step of forming another protective film for protecting the conductive portion before the step of forming the protective film.