JP2005093931A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第２ボンディングパッドとバンプ電極との間の接続の信頼性を高めることができる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置を、主面１の外周部に沿って配列された第１ボンディングパッド２と、第１ボンディングパッド２の形成部を除く主面１上に形成されたパッシベーション膜３と、当該パッシベーション膜３上に形成された第１絶縁膜４と、当該第１絶縁膜４上に形成された応力緩和層５と、第１絶縁膜４上及び応力緩和層５上に形成された第２ボンディングパッド８を含む再配線６と、当該再配線６を保護する第２絶縁膜７と、第２ボンディングパッド８上に設定されたバンプ電極９とから構成する。第２ボンディングパッド８の全部又は一部について、その表面を非平面形状に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主面上に再配線が施されたＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）タイプの半導体装置に係り、特に、バンプ電極の下層に応力緩和層が設けられたこの種の半導体装置における第２ボンディングパッドとバンプ電極との接続構造に関する。

近年、電気機器の小型軽量化、高速化及び高機能化の要求に対処するため、電気機器に実装する半導体装置に対しても小型軽量化、高集積化及び実装の容易化の要求が益々高まっている。

従来より、これらの各要求に対応可能な半導体装置として、図５に示すように、主面１の外周部に沿って配列された第１ボンディングパッド（アルミパッド）２と、主面１を保護するために第１ボンディングパッド２の形成部を除く主面１上に形成されたパッシベーション膜３と、当該パッシベーション膜３上に形成された第１絶縁膜４と、当該第１絶縁膜４上のバンプ電極配列領域に形成された応力緩和層５と、第１絶縁膜４上及び応力緩和層５上に形成され一端が第１ボンディングパッド２に接続された再配線６と、当該再配線６を保護するために第１絶縁膜４上及び応力緩和層５上に形成された第２絶縁膜７と、再配線６の他端に形成された第２ボンディングパッド８に設定されたバンプ電極９とを備えたＣＳＰと呼ばれる半導体装置が提案されている（特許文献１参照。）。

このＣＳＰタイプの半導体装置は、バンプ電極９を主面１のほぼ全面に配置することができるので、外周部に配列された第１ボンディングパッド２上に直接バンプ電極９を形成する場合に比べて各バンプ電極９間の距離を大きくすることができ、半導体装置の多端子化ひいては高機能化と電気機器に対する実装の容易化とを図ることができる。また、このＣＳＰタイプの半導体装置は、半導体素子を樹脂封止しないので、半導体装置の小型軽量化を図ることができる。さらに、このＣＳＰタイプの半導体装置は、バンプ電極９の下層に応力緩和層５を設けたので、バンプ電極９を介して半導体装置を配線基板上に実装した場合、半導体装置と配線基板との熱膨張率差に起因する熱応力がバンプ電極９と配線基板との間及びバンプ電極９と第２ボンディングパッド８との間に作用しにくく、各部の接続信頼性を高めることができて、半導体装置の耐久性の向上を図ることができる。
特開平１１−１９１５７１号公報

ところで、この種の半導体装置においては、より一層の多機能化が求められており、半導体装置の主面１の大型化によるバンプ電極９の多端子化が図られる傾向にある。そして、このように半導体装置の主面１が大型化され、半導体装置の四隅部に配置されたバンプ電極９の間隔が大きくなると、主面１の外周部に配置されたバンプ電極９と第２ボンディングパッド８との間に作用する熱応力が大きくなるので、これら第２ボンディングパッド８とバンプ電極９との間の接続の信頼性を高める必要が生じる。

しかるに、従来の半導体装置は、図５に示すように、平面状に形成された第２ボンディングパッド８上にバンプ電極９を接続しているので、第２ボンディングパッド８及びバンプ電極９を大型化しなくては接続の信頼性を高めることができず、多端子化による多機能化の効果を十分に発揮することができないという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の不備を解決するためになされたものであり、その目的は、半導体装置の主面が大型化された場合にも、第２ボンディングパッド及びバンプ電極を大型化することなく、これら第２ボンディングパッドとバンプ電極との間の接続の信頼性を高めることができる半導体装置を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、主面の外周部に沿って配列された複数個の第１ボンディングパッドと、当該第１ボンディングパッドの形成部を除く前記主面上に形成された第１絶縁膜と、当該第１絶縁膜上のバンプ電極配列領域に形成された応力緩和層と、前記第１絶縁膜上及び前記応力緩和層上に形成され、一端が前記第１ボンディングパッドに接続された再配線と、当該再配線の他端に形成され、前記応力緩和層上に配置された複数個の第２ボンディングパッドとを有する半導体装置において、前記複数個の第２ボンディングパッドの全部又は一部についてその表面を非平面形状に形成という構成にした。

このように、第２ボンディングパッドの表面を非平面形状に形成すると、第２ボンディングパッド及びバンプ電極を大型化することなく、これら第２ボンディングパッドとバンプ電極との間の接続面積を拡大することができるので、バンプ電極の多端子化及びそれに伴う多機能化の効果を減ずることなく、第２ボンディングパッドとバンプ電極との間の接続の信頼性を高めることができる。

また、本発明は、前記構成の半導体装置において、前記応力緩和層に非平面部を形成し、当該非平面部上に一定厚みの前記第２ボンディングパッドを設けるという構成にした。

応力緩和層は、スクリーン印刷によって形成されるので、応力緩和層に非平面部を形成することは、スクリーン印刷に使用するスクリーン（マスク）の構成や応力緩和層材料の粘性それにウエハからのスクリーンの引き上げのタイミングなどを調整することによって比較的容易に行うことができる。そして、当該応力緩和層の非平面部に定法にしたがって第２ボンディングパッドをめっきによって形成するだけで、バンプ電極取付面が非平面形状に形成された第２ボンディングパッドを得ることができるので、この種の半導体装置の作製を容易なものにすることができる。

また、本発明は、前記構成の半導体装置において、前記非平面部を、前記応力緩和層の外周部分に形成された傾斜部と、当該傾斜部の上端に続く厚肉のフランジ部と、当該フランジ部の内側に続く前記フランジ部よりも薄肉の薄肉部とから構成し、少なくとも１つの前記第２ボンディングパッドを前記フランジ部を含む部分に配置するという構成にした。

上述のように応力緩和層はスクリーン印刷によって形成されるが、スクリーン印刷に使用するスクリーン（マスク）の構成や応力緩和層材料の粘性それにウエハからのスクリーンの引き上げのタイミングによっては、応力緩和層の薄肉部の外周部分に、スクリーン印刷後のスクリーンの引き上げによって生じる厚肉のフランジ部と、スクリーン引き上げ後の応力緩和層材料の流動によって生じる傾斜部とが形成される。したがって、このフランジ部を含む非平面部に第２ボンディングパッドを設けることにより、第２ボンディングパッドとバンプ電極との間の接続面積を拡大することができ、これらの接続の信頼性を高めることができる。また、厚肉のフランジ部を含む部分に第２ボンディングパッドを設けるので、最も大きな熱応力が作用する外周の第２ボンディングパッドとバンプ電極との間及びバンプ電極と配線基板との間の熱応力を緩和することができ、この点からも半導体装置の接続信頼性を高めることができる。

また、本発明は、前記構成の半導体装置において、前記応力緩和層に平坦部を形成し、当該平坦部にバンプ電極取付面が粗面に形成された前記第２ボンディングパッドを設けるという構成にした。

上述したように第２ボンディングパッドはめっきによって形成されるが、当該第２ボンディングパッドのバンプ電極取付面の粗さは、めっき条件を調整することによって調整することができる。よって、この場合には、応力緩和層に非平面部を形成することなく、第２ボンディングパッドとバンプ電極との間の接続面積を拡大することができ、これらの接続の信頼性を高めることができる。

また、本発明は、前記構成の半導体装置において、前記複数個の第２ボンディングパッドのそれぞれに、体積が一定のハンダボールを搭載するという構成にした。

このように、各第２ボンディングパッドについて体積が一定のハンダボールを搭載すると、体積が異なる複数種類のハンダボールを用意し、第２ボンディングパッドの配列に応じてこれら複数種類のハンダボールを使い分ける必要がないので、半導体装置の製造を安価かつ容易なものにすることができる。また、各第２ボンディングパッドについて体積が一定のハンダボールを搭載しても、表面が非平面形状に形成された第２ボンディングパッドについては、第２ボンディングパッドとハンダボールとの間の接続面積を拡大することができ、これらの接続の信頼性を高めることができる。

本発明の半導体装置は、第２ボンディングパッドの表面を非平面形状に形成したので、第２ボンディングパッド及びバンプ電極を大型化することなく、これら第２ボンディングパッドとバンプ電極との間の接続面積を拡大することができ、バンプ電極の多端子化及びそれに伴う多機能化の効果を減ずることなく、第２ボンディングパッドとバンプ電極との間の接続の信頼性を高めることができる。

以下、本発明に係る半導体装置の第１実施形態を、図１及び図２に基づいて説明する。図１は第１実施形態に係る半導体装置の主面側から見た平面図、図２は図１のＡ−Ａ部断面図である。

本例の半導体装置も、基本的な構成については図５に示した従来例に係る半導体装置と同じであり、図１及び図２に示すように、主面１の外周部に沿って配列された複数個の第１ボンディングパッド２と、主面１を保護するために第１ボンディングパッド２の形成部を除く主面１上に形成されたパッシベーション膜３と、当該パッシベーション膜３上に形成された第１絶縁膜４と、当該第１絶縁膜４上のバンプ電極配列領域に形成された応力緩和層５と、第１絶縁膜４上及び応力緩和層５上に形成され一端が第１ボンディングパッド２に接続された再配線６と、当該再配線６を保護するために第１絶縁膜４上及び応力緩和層５上に形成された第２絶縁膜７と、再配線６の他端に形成された第２ボンディングパッド８に設定されたバンプ電極９とから構成されている。なお、主面１には、所要の半導体素子群よりなる図示しない半導体素子領域がウエハプロセスで形成される。

第１ボンディングパッド２及びパッシベーション膜３の形成は通常のウエハプロセスで行われ、第１絶縁膜４、応力緩和層５、第２ボンディングパッド８を含む再配線６、第２絶縁膜７及びバンプ電極９の形成は、ウエハプロセス終了後の再配線工程において行われる。

第１絶縁膜４は、感光性ポリイミド樹脂などの感光性樹脂材料をもって構成され、図２に示すように、第１ボンディングパッド２の中央部を除く主面１上に形成される。この第１絶縁膜４は、再配線６の形成時における第１ボンディングパッド２の損傷を防止するため、第１ボンディングパッド２の開口端を覆うように形成される。この第１絶縁膜４の形成は、半導体装置のもとになるウエハの主面上に感光性樹脂材料よりなる樹脂層を均一な厚さに塗布した後、当該樹脂層を第１絶縁膜４の形状に露光して露光部を硬化し、次いで、未露光部を現像処理にて除去することによって行う。なお、パッシベーション膜３が十分な絶縁性を有する場合には、この第１絶縁膜４の形成を省略し、パッシベーション膜３上に直接応力緩和層５を形成することもできる。

応力緩和層５は、第１絶縁膜４よりも軟質のポリイミド樹脂をスクリーン印刷することによって、第１ボンディングパッド２の設定部を除く第１絶縁膜４の内周部分に形成される。この応力緩和層５の外周部分には、図２に示すように、傾斜部５ａと、当該傾斜部５ａの上端に続く厚肉のフランジ部５ｂと、当該フランジ部５ｂの内周に続くフランジ部５ｂよりも薄肉の薄肉部５ｃとから構成されている。かかる断面構造を有する応力緩和層５は、スクリーン印刷に使用するスクリーンの構成や応力緩和層材料の粘性それにウエハからのスクリーンの引き上げのタイミングなどを調整することによって形成することができる。即ち、厚肉のフランジ部５ｂは、スクリーン印刷後のスクリーンの引き上げ時に、スクリーン印刷された応力緩和層５の外周がスクリーンの引き上げ動作に引きずられて持ち上がるように応力緩和層材料の粘性及びウエハからのスクリーンの引き上げのタイミングを調整することによって形成でき、また、傾斜部５ａは、スクリーン引き上げ後に応力緩和層５の外周が流動するように応力緩和層材料の粘性を調整することによって形成することができる。

第２ボンディングパッド８を含む再配線６は、銅めっきによって形成され、図２に示すように、第１絶縁膜４上及び応力緩和層５上に配列される。再配線６は、一端が第１ボンディングパッド２に接続され、他端の第２ボンディングパッド８が前記応力緩和層５上に所要の配列で形成されるが、第２ボンディングパッド８のうちの少なくとも１つについては、前記応力緩和層５のフランジ部５ｂを含む非平面部に形成される。この第２ボンディングパッド８を含む再配線６も、フォトリソグラフィ法によって形成される。即ち、第１絶縁膜４及び応力緩和層５上にクロム又は銅などを一様にスパッタリングしてシード層を形成し、次いで当該シード層上にフォトレジスト層を均一な厚さに塗布し、フォトレジスト層を第２ボンディングパッド８を含む再配線６の形状に露光する。次いで、未露光部を現像処理によって除去し、露光部に対応するシード層を化学エッチングによって除去する。次いで、残存したフォトレジスト層をアッシングにて除去し、露光部に対応するシード層を露出させる。最後に、露出されたシード層に銅めっきを施して第２ボンディングパッド８を含む再配線６とする。

第２絶縁膜７は、応力緩和層５よりも硬質の感光性ポリイミド樹脂などの感光性樹脂材料をもって構成され、図２に示すように、第２ボンディングパッド８の中央部を除く第１絶縁膜４上及び応力緩和層５上に形成される。この第２絶縁膜７も、前記第１絶縁膜４と同様の方法で形成される。

バンプ電極９は、ハンダをボール状に成形してなるハンダボール、樹脂ボールの表面にハンダをコーティングしてなるコーティングハンダボール、その他のボール状導電材料をもって形成され、応力緩和層５上に配列された各第２ボンディングパッド８上に搭載される。そして、応力緩和層５のフランジ部５ｂを含む非平面部に配列された第２ボンディングパッド８に対しては、図２に示すように、応力緩和層５の非平面部に対応する位置に搭載される。バンプ電極９は、第２ボンディングパッド８の配列位置に拘わらず、同一体積のものが用いられる。なお、ここでいう「同一体積」とは、必ずしも物理的同一を意味するものではなく、製造上許容される誤差を含むことは勿論である。

本例の半導体装置は、厚肉のフランジ部５ｂを含む非平面部に第２ボンディングパッド８を設けたので、第２ボンディングパッド８を平面状に形成する場合に比べて第２ボンディングパッド８とバンプ電極９との間の接続面積を拡大することができ、これらの接続の信頼性を高めることができる。また、厚肉のフランジ部５ｂを含む部分に第２ボンディングパッド８を設けるので、最も大きな熱応力が作用する外周の第２ボンディングパッド８とバンプ電極９との間及びバンプ電極９と配線基板との間の熱応力を緩和することができて、この点からも半導体装置の接続信頼性を高めることができる。さらに、応力緩和層５に非平面部を形成したので、当該応力緩和層５の非平面部に定法にしたがって第２ボンディングパッド８を形成するだけでバンプ電極取付面が非平面形状に形成された第２ボンディングパッド８を得ることができ、この種の半導体装置の作製を容易なものにすることができる。加えて、各第２ボンディングパッド８について体積が一定のハンダボール（バンプ電極）９を搭載したので、体積が異なる複数種類のハンダボールを用意し、第２ボンディングパッドの配列に応じてこれら複数種類のハンダボールを使い分ける必要がなく、半導体装置の製造を安価かつ容易なものにすることができる。

次に、本発明に係る半導体装置の第２実施形態を、図３に基づいて説明する。図３は第２実施形態に係る半導体装置の要部断面図である。

本例の半導体装置は、応力緩和層５にフランジ部５ｂ（図２参照）を形成せず、薄肉部５ｃの傾斜部５ａ寄りに微小な山部と谷部とが連続する波型部５ｄを形成し、当該波型部５ｄの上面に一定厚みの第２ボンディングパッド８を設けるという構成にした。その他の部分については、第１実施形態に係る半導体装置と同じであるので、対応する部分に同一の符号を表示して説明を省略する。

本例の半導体装置は、応力緩和層５に波型部５ｄを形成し、当該波型部５ｄの上面に一定厚みの第２ボンディングパッド８を設けたので、応力緩和層５の波型部５ｄ上に定法にしたがって第２ボンディングパッド８をめっきするだけで、バンプ電極取付面が非平面形状に形成された第２ボンディングパッド８を得ることができ、この種の半導体装置の作製を容易なものにすることができる。

次に、本発明に係る半導体装置の第３実施形態を、図４に基づいて説明する。図４は第３実施形態に係る半導体装置の要部断面図である。

本例の半導体装置は、応力緩和層５にフランジ部５ｂ（図２参照）も波型部５ｄ（図３参照）も形成せず、薄肉部５ｃの傾斜部５ａ寄りに形成された平坦部５ｅに表面が粗面８ａに形成された第２ボンディングパッド８を設けるという構成にした。粗面８ａの表面粗さは、再配線６のめっき条件、例えばめっき電流値を定法よりも大きくすることによって、粗くすることができる。その他の部分については、第１実施形態に係る半導体装置及び第２実施形態に係る半導体装置と同じであるので、対応する部分に同一の符号を表示して説明を省略する。

本例の半導体装置は、第２ボンディングパッド８の表面を粗面８ａに形成したので、第２ボンディングパッド８とバンプ電極９との間の接続面積を拡大することができ、これらの接続の信頼性を高めることができる。

第１実施形態に係る半導体装置の主面側から見た平面図である。 図１のＡ−Ａ部断面図である。 第２実施形態に係る半導体装置の要部断面図である。 第３実施形態に係る半導体装置の要部断面図である。 従来例に係る半導体装置の要部断面図である。

符号の説明

１ 主面
２ 第１ボンディングパッド
３ パッシベーション膜
４ 第１絶縁膜
５ 応力緩和層
５ａ 傾斜部
５ｂ フランジ部
５ｃ 薄肉部
５ｄ 波型部
５ｅ 平坦部
６ 再配線
７ 第２絶縁膜
８ 第２ボンディングパッド
９ バンプ電極

Claims (5)

1. 主面の外周部に沿って配列された複数個の第１ボンディングパッドと、当該第１ボンディングパッドの形成部を除く前記主面上に形成された第１絶縁膜と、当該第１絶縁膜上のバンプ電極配列領域に形成された応力緩和層と、前記第１絶縁膜上及び前記応力緩和層上に形成され、一端が前記第１ボンディングパッドに接続された再配線と、当該再配線の他端に形成され、前記応力緩和層上に配置された複数個の第２ボンディングパッドとを有する半導体装置において、
   前記複数個の第２ボンディングパッドの全部又は一部についてその表面を非平面形状に形成したことを特徴とする半導体装置。
2. 前記応力緩和層に非平面部を形成し、当該非平面部上に一定厚みの前記第２ボンディングパッドを設けたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記非平面部を、前記応力緩和層の外周部分に形成された傾斜部と、当該傾斜部の上端に続く厚肉のフランジ部と、当該フランジ部の内側に続く前記フランジ部よりも薄肉の薄肉部とから構成し、少なくとも１つの前記第２ボンディングパッドを前記フランジ部を含む部分に配置したことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記応力緩和層に平坦部を形成し、当該平坦部にバンプ電極取付面が粗面に形成された前記第２ボンディングパッドを設けたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記複数個の第２ボンディングパッドのそれぞれに、体積が一定のハンダボールを搭載したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。

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