JP2005026299A - 半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の高い半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器を提供することにある。
【解決手段】半導体装置は、電気的に接続された電極１４を有する半導体基板１０と、半導体基板１０の電極１４が形成された面に、電極１４を避けて形成された第１の樹脂層２０と、電極１４に電気的に接続され、第１の樹脂層２０上に設けられたランド３２を有する配線３０と、第１の樹脂層２０及び配線３０上に形成されてなり、それぞれのランド３２の少なくとも一部を露出させる開口４２と開口４２の周囲に形成された穴４４とを有する第２の樹脂層４０と、ランド３２に設けられた外部端子５０とを有する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
【特許文献１】
国際公開００／５５８９８号パンフレット
【０００４】
【発明の背景】
通常、半導体装置がマザーボード等に実装されると、半導体装置の樹脂層の収縮応力とマザーボードの収縮応力とが発生する。この二種類の応力による影響が一箇所に集中することを防止することができれば、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【０００５】
本発明の目的は、信頼性の高い半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る半導体装置は、集積回路が形成されてなり、内部と電気的に接続された電極を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記電極が形成された面に、前記電極を避けて形成された第１の樹脂層と、
前記電極に電気的に接続され、前記第１の樹脂層上に設けられたランドを有する配線と、
前記第１の樹脂層及び前記配線上に形成されてなり、それぞれの前記ランドの少なくとも一部を露出させる開口と前記開口の周囲に形成された穴とを有する第２の樹脂層と、
前記ランドに設けられた外部端子と、
を含む。本発明によれば、半導体装置の第２の樹脂層は、開口の周囲に形成された穴を有する。これにより、外部端子の根元部付近にかかる、第２の樹脂層の収縮による力が小さくなる。そのため、外部端子の根元部付近にかかる力が小さい、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
（２）この半導体装置において、
前記穴は、前記配線が露出しないように形成されていてもよい。これによれば、電気的な信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
（３）この半導体装置において、
前記穴は、前記配線とオーバーラップする領域を避けて形成されていてもよい。
（４）この半導体装置において、
前記穴は、前記第２の樹脂層を貫通するように形成されていてもよい。
（５）この半導体装置において、
前記穴は、前記第２の樹脂層を貫通しないように形成されていてもよい。
（６）この半導体装置において、
前記穴は、前記開口の周囲に断続的に形成されていてもよい。
（７）本発明に係る回路基板には、上記半導体装置が実装されてなる。
（８）本発明に係る電子機器は、上記半導体装置を有する。
（９）本発明に係る半導体装置の製造方法は、集積回路が形成されてなる半導体基板における内部と電気的に接続された電極が形成された面に、前記電極を避けて第１の樹脂層を形成すること、
前記電極に電気的に接続し、前記第１の樹脂層上にランドを有するように配線を形成すること、
前記第１の樹脂層及び前記配線上に、第２の樹脂層を、それぞれの前記ランドの少なくとも一部を露出する開口と前記開口の周囲に配置された穴とを有するように形成すること、及び、
前記ランドに外部端子を形成することを含む。本発明によれば、半導体装置には、ランドを露出する開口と、該開口の周囲に形成された穴とを有する第２の樹脂層が形成される。これにより、外部端子の根元部付近にかかる、第２の樹脂層の収縮による力が小さくなる。そのため、外部端子の根元部付近にかかる力が小さい、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
（１０）この半導体装置の製造方法において、
前記穴を、前記配線が露出しないように形成してもよい。これによれば、電気的な信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
（１１）この半導体装置の製造方法において、
前記穴を、前記配線とオーバーラップする領域を避けて形成してもよい。
（１２）この半導体装置の製造方法において、
前記穴を、前記第２の樹脂層を貫通するように形成してもよい。
（１３）この半導体装置の製造方法において、
前記穴を、前記第２の樹脂層を貫通しないように形成してもよい。
（１４）この半導体装置の製造方法において、
前記穴を、前記開口の周囲に断続的に形成してもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【０００８】
図１及び図２は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を示す図である。図１は、半導体装置の平面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面の一部拡大図である。なお、図１は、説明のために樹脂層１６及び外部端子５０を取り除いた半導体装置の平面図である。そして、図２は、樹脂層１６及び外部端子５０を有する状態の半導体装置の断面図を示す。
【０００９】
本実施の形態に係る半導体装置は、半導体基板１０を有する。半導体基板１０の材料は特に限定されないが、例えばシリコンであってもよい。図１に示すように、半導体基板１０は、半導体チップであってもよい。半導体チップの平面形状は矩形であることが一般的であるが、これに限られるものではない。ただし、半導体基板は、半導体ウエハであってもよい。
【００１０】
図２に示すように、半導体基板１０には、１つ又は複数の（半導体チップには１つの、半導体ウエハには複数の）集積回路１２が形成されている。集積回路１２は、半導体基板１０の一方の面側に形成されていてもよい。半導体基板１０には、１つの集積回路１２に対応して、複数の電極１４が形成されている。電極１４は半導体基板１０の内部に電気的に接続されていてもよい。電極１４は、集積回路１２に電気的に接続されていてもよい。あるいは、集積回路１２に電気的に接続されていない電極を、電極１４としてもよい。電極１４は、図１に示すように、半導体基板１０の平行な２辺に沿って端部に配列されていてもよいし、４辺に沿って端部に配列されていてもよいし、あるいは中央部に配列されていてもよい。電極１４の少なくとも一部を避けて、半導体基板１０の表面（電極１４が形成された面）には、絶縁膜１６（パッシベーション膜）が形成されている。絶縁膜１６の材料は、例えばＳｉＮ、ＳｉＯ_２、ポリイミド樹脂等であってもよい。
【００１１】
本実施の形態に係る半導体装置は、樹脂層２０を有する。樹脂層２０を、第１の樹脂層と称してもよい。樹脂層２０は、半導体基板１０の電極１４が形成された面に形成されてもよい。樹脂層２０は、図２に示すように、絶縁膜１６上に形成されていてもよい。樹脂層２０は、電極１４を避けて形成されている。図１及び図２に示すように、樹脂層２０は、半導体基板１０の端部を避けて中央部に形成されていてもよい。樹脂層２０は、１層又は複数層で形成されていてもよい。樹脂層２０は、応力緩和機能を有していてもよい。樹脂層２０は、例えば、ポリイミド樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ；ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ；ｐｏｌｙｂｅｎｚｏｘａｚｏｌｅ）等の樹脂で形成することができる。樹脂層２０は、半導体基板１０と、後述する外部端子５０と、の間に形成されていてもよい。
【００１２】
本実施の形態に係る半導体装置は、１つ又は複数の配線３０を有する。配線３０は、電極１４と電気的に接続されてなる。各配線３０は、１層又は複数層で形成されていてもよい。配線３０の材料は特に限定されないが、例えばＣｕで形成された層を有してもよい。配線３０は、電極１４における絶縁膜１６（パッシベーション膜）から露出した部分の全てを覆っていてもよい。配線３０は、電極１４から樹脂層２０の上面（絶縁層１６とは反対側の面）に至るように形成されてなる。配線３０は、電極１４から樹脂層２０上に延びて形成されてなる。図２に示すように、配線３０は、樹脂層２０の側面を通るように形成されていてもよい。
【００１３】
配線３０は、ランド３２を有する。ランド３２は、樹脂層２０の上面に設けられている。ランド３２は、配線３０の一部である。すなわち、配線３０は、ランド３２と、ランド３２と電極１４とを電気的に接続するラインとを含む。ランド３２は、配線３０のラインよりも幅が広くなっている（図１参照）。ランド３２の平面形状は特に限定されないが、例えば円形であってもよい。樹脂層２０の上面には、複数のランド３２が形成されていてもよい。配線３０は、ラインの少なくとも一部が樹脂層２０の上面に至るように形成されてもよい。
【００１４】
本実施の形態に係る半導体装置は、樹脂層４０を有する。樹脂層４０を、第２の樹脂層と称してもよい。あるいは、樹脂層４０をソルダーレジストと称してもよい。樹脂層４０は、樹脂層２０（第１の樹脂層）及び配線３０上に形成されてなる。樹脂層４０は、半導体基板１０の周縁部に至るように形成されていてもよく、このとき、電極１４とオーバーラップするように形成されていてもよい。
【００１５】
樹脂層４０は開口４２を有する。開口４２は、それぞれのランド３２の少なくとも一部を露出させる。開口４２からランド３２を露出させることで、後述する外部端子５０とランド３２との電気的な接続を図ることができる。例えば、ランド３２の中央部を開口４２から露出させ、ランド３２の周縁部を覆うように、樹脂層４０を形成してもよい。
【００１６】
樹脂層４０は、穴４４を有する。穴４４は、開口４２の周囲に配置されてなる。言い換えると、穴４４は、開口４２を囲むように形成されてなる。穴４４は、配線３０が露出しないように形成されていてもよい。詳しくは、穴４４から配線３０が露出しないように、穴４４は形成されていてもよい。これにより、配線３０間のショートを防止することができる。穴４４は、配線３０とオーバーラップする領域を避けて形成されてもよい（図１参照）。この場合、図２に示すように、穴４４は樹脂層４０を貫通するように形成されていてもよい。ただし、これとは別に、穴４４は、樹脂層４０を貫通しないように形成されていてもよい。
【００１７】
本発明に係る半導体装置は、外部端子５０を有する。外部端子５０は、ランド３２に設けられてなる。外部端子５０は、樹脂層４０の開口４２の内側を通るように形成される。このとき、外部端子５０における開口４２内に配置される部分を、根元部５２と称してもよい。外部端子５０は、導電性を有する金属（例えば合金）であって、溶融させて電気的な接続を図るもの（例えばハンダ）である。外部端子５０は、軟ろう（ｓｏｆｔ ｓｏｌｄｅｒ）又は硬ろう（ｈａｒｄ ｓｏｌｄｅｒ）のいずれで形成されてもよい。外部端子５０は、球状をなしてもよく、例えばハンダボールであってもよい。
【００１８】
本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置１は、以上のように構成されてなる。半導体装置１は、開口４２と開口４２の周囲に配置された穴４４とが形成された樹脂層４０（第２の樹脂層）を有する。ここで、外部端子５０は開口４２を通るように形成されるため、外部端子５０の根元部５２の周囲に穴４４が配置されることになる。一般的に、半導体装置をマザーボード等に実装すると、半導体装置の樹脂の収縮応力とマザーボードの収縮応力とが発生する。そして、外部端子の基端部周辺には、半導体装置の樹脂層の収縮とマザーボードの収縮のそれぞれによって発生する力が加えられる。ところで、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置１の樹脂層４０には穴４４が形成されてなる。これにより、外部端子５０の根元部５２にかかる、樹脂層４０の収縮により発生する力が小さくなる。そのため、外部端子５０の基端部付近に大きな力が集中することを防止することができ、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００１９】
なお、半導体基板１０が半導体チップである場合、半導体装置は、そのパッケージサイズが半導体チップにほぼ等しくなり、ＣＳＰに分類することができる。あるいは、応力緩和機能を備えるフリップチップであるということもできる。図３には、本発明を適用した実施の形態にかかる半導体装置１が実装された回路基板１０００を示す。また、半導体装置１を有する電子機器として、図４にはノート型パーソナルコンピュータ２０００を、図５には携帯電話３０００を、それぞれ示す。
【００２０】
本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図６に示すように、半導体装置は、開口６２と、開口６２の周囲に断続的に形成された穴６４と、を有する樹脂層６０（第２の樹脂層）を有してもよい。
【００２１】
あるいは、半導体装置は、図７及び図８に示すように、樹脂層７０（第２の樹脂層）を有してもよい。樹脂層７０は、開口７２と、開口７２の周囲に形成された穴７４とを有する。穴７４は、樹脂層７０を貫通しないように形成されてなる（図８参照）。このとき、図７に示すように、穴７４は配線３０とオーバーラップする領域に形成されていてもよい。図８に示すように、穴７４は樹脂層７０を貫通しないように形成されているため、穴７４が配線３０とオーバーラップする領域に形成されても、配線３０間のショートを防止することができる。なお、図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面の一部拡大図である。ただし、これとは別に、穴７４は配線３０とオーバーラップしないように形成されていてもよい。
【００２２】
これらの変形例で、具体的に説明した内容以外の点については、上述した実施の形態と同じ内容が当てはまり、同じ効果を達成することができる。
【００２３】
以下、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。はじめに、集積回路１２が形成されてなる半導体基板１０における電極１４が形成された面に、電極１４を避けて樹脂層２０（第１の樹脂層）を形成する。半導体基板１０及び電極１４の内容については、既に述べた内容を適用することができる。
【００２４】
次に、電極１４に電気的に接続し、樹脂層２０上にランド３２を有するように配線３０を形成する。配線３０は、既に公知となっているいずれかの方法を用いて形成してもよい。例えば、スパッタリングによって配線３０を形成してもよいし、無電解メッキで配線３０を形成するアディティブ法を適用してもよい。あるいは、インクジェット方式によって、導電ペーストを塗布することで、配線３０を形成してもよい。
【００２５】
次に、樹脂層２０及び配線３０上に、樹脂層４０（第２の樹脂層）を、開口４２と穴４４とを有するように形成する。開口４２は、それぞれのランド１４の少なくとも一部を露出する。穴４４は、それぞれの開口４２の周囲に配置される。穴４４は、配線３０が露出しないように形成する。配線３０の全てを覆うように樹脂層を形成し、その後、開口４２及び穴４４を形成することで、樹脂層４０を形成してもよい。開口４２及び穴４４は、例えばフォトリソグラフィ技術を適用して形成してもよい。すなわち、マスクを介して樹脂層にエネルギーを照射、現像して開口４２及び穴４４を形成してもよい。このとき、エネルギーを照射する時間などを制御することで、穴４４を、樹脂層を貫通するように（あるいは貫通しないように）形成してもよい。また、エネルギーを照射する領域を制御することで、穴４４を、配線３０とオーバーラップしないように（あるいはオーバーラップするように）形成してもよい。あるいは、穴４４を、開口４２の周囲に断続的に形成してもよい。なお、開口４２及び穴４４は同時に形成してもよく、別工程で形成してもよい。
【００２６】
そして、ランド３２に外部端子５０を形成する。外部端子５０は、樹脂層４０の開口４２の内側を通るように形成する。そして、半導体基板１０が半導体ウエハである場合、個々の半導体装置に切り出す工程を経て、本実施の形態に係る半導体装置を製造してもよい。なお、その他の内容については、半導体装置の構造の説明で記載した内容を適用してもよい。
【００２７】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を示す図である。
【図２】図２は、本発明を適用した実施の形態にかかる半導体装置を示す図である。
【図３】図３は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置が実装された回路基板を示す図である。
【図４】図４は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器を示す図である。
【図５】図５は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器を示す図である。
【図６】図６は、本発明を適用した実施の形態の変形例にかかる半導体装置を示す図である。
【図７】図７は、本発明を適用した実施の形態の変形例にかかる半導体装置を示す図である。
【図８】図８は、本発明を適用した実施の形態の変形例にかかる半導体装置を示す図である。
【符号の説明】
１０ 半導体基板、 １２ 集積回路、 １４ 電極、 ２０ 第１の樹脂層、 ３０ 配線、 ３２ ランド、 ４０ 第２の樹脂層、 ４２ 開口、 ４４ 穴、 ５０ 外部端子

Claims (14)

1. 集積回路が形成されてなり、内部と電気的に接続された電極を有する半導体基板と、
   前記半導体基板の前記電極が形成された面に、前記電極を避けて形成された第１の樹脂層と、
   前記電極に電気的に接続され、前記第１の樹脂層上に設けられたランドを有する配線と、
   前記第１の樹脂層及び前記配線上に形成されてなり、それぞれの前記ランドの少なくとも一部を露出させる開口と前記開口の周囲に形成された穴とを有する第２の樹脂層と、
   前記ランドに設けられた外部端子と、
   を含む半導体装置。
2. 請求項１記載の半導体装置において、
   前記穴は、前記配線が露出しないように形成されてなる半導体装置。
3. 請求項２記載の半導体装置において、
   前記穴は、前記配線とオーバーラップする領域を避けて形成されてなる半導体装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体装置において、
   前記穴は、前記第２の樹脂層を貫通するように形成されてなる半導体装置。
5. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体装置において、
   前記穴は、前記第２の樹脂層を貫通しないように形成されてなる半導体装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体装置において、
   前記穴は、前記開口の周囲に断続的に形成されてなる半導体装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の半導体装置が実装された回路基板。
8. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の半導体装置を有する電子機器。
9. 集積回路が形成されてなる半導体基板における内部と電気的に接続された電極が形成された面に、前記電極を避けて第１の樹脂層を形成すること、
   前記電極に電気的に接続し、前記第１の樹脂層上にランドを有するように配線を形成すること、
   前記第１の樹脂層及び前記配線上に、第２の樹脂層を、それぞれの前記ランドの少なくとも一部を露出する開口と前記開口の周囲に配置された穴とを有するように形成すること、及び、
   前記ランドに外部端子を形成することを含む半導体装置の製造方法。
10. 請求項９記載の半導体装置の製造方法において、
    前記穴を、前記配線が露出しないように形成する半導体装置の製造方法。
11. 請求項１０記載の半導体装置の製造方法において、
    前記穴を、前記配線とオーバーラップする領域を避けて形成する半導体装置の製造方法。
12. 請求項９から請求項１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
    前記穴を、前記第２の樹脂層を貫通するように形成する半導体装置の製造方法。
13. 請求項９から請求項１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
    前記穴を、前記第２の樹脂層を貫通しないように形成する半導体装置の製造方法。
14. 請求項９から請求項１３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
    前記穴を、前記開口の周囲に断続的に形成する半導体装置の製造方法。

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