JP2005217264A - Semiconductor device, and its manufacturing method and manufacturing equipment - Google Patents
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- H01L2924/35—Mechanical effects
- H01L2924/351—Thermal stress
- H01L2924/3511—Warping
Abstract
Description
この発明は、従来の半導体素子の外周部にペリフェラル配置した複数個あるAl等の電極パッド部と、回路形成内部に一つ以上のAl等の電極パッド部を形成させたパッドオンエレメント(POE)と称するPOE素子(半導体素子)を用いてフリップチップ(FC)実装した構造を有する半導体装置に関するものである。特に、フリップチップするPOE素子を支持する半導体キャリア基板の凹型の大きな反りにより、半導体素子の中央部(エリア内部)に形成したスタットバンプボンディング(SBB)部の接続性及びその接合信頼性を大きく低下するのを防止できるエリアパッド化した小型半導体装置とその製造方法に関するものである。本発明の半導体キャリア基板の大きな反り(20〜30μm)にも対応できるエリアパッド化した小型半導体装置は、従来のFC実装構造の半導体装置では対応できなかった半導体素子の特性向上の為の電源補強(IRドロップ電圧低下防止)等が十分できるものである。また、エリアパッド内部に複数の電気的接続端子である電極パッドを有していることから、半導体装置の多ピン化や高機能化、また高い放熱性を実現することができることを目的とした半導体装置およびその製造方法、およびバンプ寸法(径と高さ)を半導体素子の内外の領域で可変する製造装置に関するものである。 The present invention relates to a pad-on-element (POE) in which a plurality of electrode pads made of Al or the like are arranged peripherally on the outer periphery of a conventional semiconductor element, and one or more electrode pads made of Al or the like are formed inside a circuit formation. The present invention relates to a semiconductor device having a structure in which flip chip (FC) mounting is performed using a POE element (semiconductor element). In particular, due to the large concave warp of the semiconductor carrier substrate that supports the POE element to be flip-chiped, the connectivity of the stat bump bonding (SBB) part formed in the central part (inside the area) of the semiconductor element and its bonding reliability are greatly reduced. The present invention relates to a small semiconductor device having an area pad that can be prevented and a manufacturing method thereof. The small semiconductor device formed as an area pad that can cope with a large warp (20 to 30 μm) of the semiconductor carrier substrate of the present invention is a power supply reinforcement for improving the characteristics of a semiconductor element that cannot be handled by a semiconductor device having a conventional FC mounting structure. (IR drop voltage drop prevention) and the like can be sufficiently achieved. In addition, since the area pad has electrode pads that are a plurality of electrical connection terminals, the semiconductor device has the purpose of achieving higher pin count, higher functionality, and higher heat dissipation of the semiconductor device. The present invention relates to an apparatus, a manufacturing method thereof, and a manufacturing apparatus capable of changing bump dimensions (diameter and height) in regions inside and outside a semiconductor element.
以下、図面を参照して従来のフリップチップ(FC)実装したエリアパッド化半導体装置について説明する。図13および図14は、従来のFC方式で実装した、エリアパッド化した小型半導体装置の断面図である。 A conventional flip-chip (FC) mounted area pad semiconductor device will be described below with reference to the drawings. FIG. 13 and FIG. 14 are cross-sectional views of a small semiconductor device formed as an area pad mounted by the conventional FC method.
図13および図14に示すように、従来のエリアパッド化した小型半導体装置では、半導体素子1を支持する半導体キャリア基板4の大きな反り(例えば凹型)の影響により、前記半導体素子1とそれを支持する前記半導体キャリア基板4の中央部であるエリア内部1bで、大きな隙間(ギャップ)が発生した。この現象により、前記半導体素子1のエリア内部1bとその中央部1cのAl電極パッド2b,2c上に形成したAu等のバンプ3b,3c(半田或いは導電性接着材6を介している)と前記半導体キャリア基板4上の複数の配線電極部5とが十分接続されずOPEN不良となり、エリアパッド化した小型半導体装置の組立歩留(%)が大きく低下する構造であった。また、組立後においてAuバンプ3と半導体キャリア4の配線電極部5とが、半田或いは導電性接着材6を介して、絶縁材であるエポキシ系樹脂7を充填被覆させて電気的に接続されていても、熱疲労試験等の信頼性試験において負荷される熱ストレスの影響により、半田或いは導電性接着材6の部分でクラックが発生し、Auバンプ3(半田或いは導電性接着材6を介している)と半導体キャリア基板4上の配線電極部5とが接続されたSBB接続部の接続抵抗値が高くなり、OPEN不良に至るといった技術的課題があった。更に、従来技術では、エリア内部に電源強化用の端子が増加し、他ピン化だけでなく、高機能化されたことで、従来よりも高い放熱性も必要であった。しかし、エリア内部1bでは、接続不良が多発しており、OPEN不良だけでなく、半導体素子1の熱的破壊を生じるといった致命的な技術的課題も発生していた。
As shown in FIGS. 13 and 14, in a conventional small semiconductor device having an area pad, the
尚、エリアパッド化した小型半導体装置のFC接続特性に大きく起因する半導体キャリア基板4の面全体の反り量は重要なファクターであるが、前記半導体キャリア基板4の反り量を現行の20〜30μmより小さくすることは現実的には不可能であり、半導体キャリア基板4の反り形状に対応できる新たな接続手段が必要不可欠であった。
Note that the warpage amount of the entire surface of the
以上の背景技術により、実験的にAuバンプ3の高さを可変する試みをした。その結果、前記ギャップが大きい部分では、Auバンプ3の寸法(高さと径)を大きくすることでSBB接続性の向上化が図れる傾向が確認できた。しかし、半導体素子1上の領域で、部分的にAuバンプ3の高さを可変することは、生産性に大きな課題があった。
An attempt was made to experimentally vary the height of the
つまり、図15(改善前のバンプ形成工程)に示すように、改善前の工程では、Auバンプ3の高さが最も低いAuバンプ3aを形成し、その後、Auバンプ3を平坦(以下レベリングと称す)する。次に、2番目に高いバンプ3bを形成し、またレベリングを行う。そして、更に最も高いAuバンプ3cを形成し、またレベリングを行うといた、多大なバンプ形成工程を有しており、生産工程数と生産タクトに多大な時間を要するといった製造的観点の大きな技術課題があった(例えば、特許文献1,2)。
上記のように従来の半導体装置の構造では、回路形成部を上面にした半導体素子の外周部では、電極パッド部に形成したAuバンプと半田或いは導電性接着材がエポキシ系の樹脂を充填被覆させ、半導体キャリア基板の配線電極部と接続されているが、半導体素子の電源補強に対応しているエリア内部では、半導体キャリア基板の反り形状(特に凹型)の影響により、半導体素子と半導体キャリア基板間のギャップが大きくなる為、形成したAuバンプ(半田或いは導電性接着材が転写済み)と半導体キャリア基板の配線電極部とが十分接続されずにOPEN不良となり組立歩留(%)が大きく低下するという技術的課題があった。また、回路形成部を上面にした半導体素子の外周部とエリア内部に形成したAuバンプ(半田或いは導電性接着材が転写済み)と半導体キャリア基板の配線電極部とがエポキシ系樹脂を介して、一旦、電気的に接続された場合においても熱疲労試験等の信頼性試験において負荷される熱ストレスの影響により、半田或いは導電性接着材の部分のクラック発生により、Auバンプと半導体キャリアの配線電極部との接続抵抗値が著しく高くなり、OPEN不良に至るといった技術課題が発生していた。 As described above, in the structure of the conventional semiconductor device, the Au bump formed on the electrode pad portion and the solder or the conductive adhesive is covered with the epoxy resin on the outer peripheral portion of the semiconductor element with the circuit forming portion on the upper surface. In the area that is connected to the wiring electrode part of the semiconductor carrier substrate, but corresponds to the power supply reinforcement of the semiconductor element, due to the warp shape (particularly concave) of the semiconductor carrier substrate, between the semiconductor element and the semiconductor carrier substrate Since the gap of the gap becomes larger, the formed Au bump (solder or conductive adhesive has been transferred) and the wiring electrode portion of the semiconductor carrier substrate are not sufficiently connected, resulting in an OPEN failure and a significant decrease in assembly yield (%). There was a technical problem. In addition, the outer peripheral part of the semiconductor element with the circuit forming part on the top surface, the Au bump formed in the area (solder or conductive adhesive has been transferred) and the wiring electrode part of the semiconductor carrier substrate via the epoxy resin, Once electrically connected, Au bump and semiconductor carrier wiring electrodes due to the occurrence of cracks in the solder or conductive adhesive due to the effects of thermal stress applied in reliability tests such as thermal fatigue tests As a result, a technical problem has arisen in that the connection resistance value with the portion becomes extremely high, leading to an OPEN failure.
今後、半導体素子設計において必要性が高まっている電源強化対策(半導体素子の回路形成部を構成するメモリ−機能やプロセッサー部等の電源強化)を実現させるには、半導体素子のエリア内部に電極パッド部を形成し、半田或いは導電性接着材を転写塗布させたAuバンプが、エポキシ系の樹脂材を介して半導体キャリアの配線電極部と高い接続信頼性を確保する接続構造を実現させることが必要である。そのためには、半導体キャリア基板の反りに対応できる新たな接続手段が必要不可欠であった。 In the future, in order to realize power supply strengthening measures (memory function that constitutes the circuit formation part of the semiconductor element, power supply of the processor part, etc.), which is becoming increasingly necessary in the design of semiconductor elements, an electrode pad is provided inside the area of the semiconductor element. It is necessary to realize a connection structure that secures high connection reliability with the wiring electrode part of the semiconductor carrier through the epoxy resin material by the Au bump formed by transferring the solder and the conductive adhesive. It is. For this purpose, a new connection means that can cope with the warp of the semiconductor carrier substrate is indispensable.
したがって、この発明の目的は、前記従来のエリアパッド化した半導体装置を解決するもので、フリップチップ実装するPOEと称する半導体素子とそれを支持する半導体キャリア基板の反り形状に応じて大きな隙間(ギャップ)が発生し、半導体装置の接続信頼性が低下することを防止することである。更に、エリア内部に電源補強の端子が増加したことによる他ピン・高機能化されたことで、従来よりも高い放熱性が必要であったが、前記ギャップ部分でのOPEN不良の影響による致命的な半導体素子の熱的破壊が発生することを防止することである。従って、前記ギャップ部周辺の接続特性を向上させ、且つ高放熱化を実現させる接続構造を有したエリアパッド化した半導体装置およびその製造方法および製造装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described conventional area pad semiconductor device, and a large gap (gap) according to the warped shape of the semiconductor element called POE to be flip-chip mounted and the semiconductor carrier substrate supporting it. ) Occurs and the connection reliability of the semiconductor device is prevented from being lowered. Furthermore, due to the increased functionality of other pins due to the increase in power supply terminals inside the area, higher heat dissipation was required than before, but it was fatal due to the effect of OPEN failure at the gap. It is to prevent the thermal breakdown of a semiconductor element. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an area pad semiconductor device having a connection structure that improves the connection characteristics around the gap portion and realizes high heat dissipation, and a method and apparatus for manufacturing the same.
前記課題を解決するためにこの発明の請求項1記載の半導体装置は、半導体素子の回路形成面の外周部に複数個の電極パッド部を配列し、かつ、前記外周部の前記電極パッド部より内側の領域であるエリア内部に、一つ以上の電極パッド部を設けた半導体素子と、前記半導体素子を搭載する半導体キャリア基板とを備えた半導体装置であって、前記外周部の電極パッド部と前記エリア内部の電極パッド部に、互いに寸法が異なるバンプを形成し、前記バンプに半田あるいは導電性接着材を転写させ、前記半導体キャリア基板とフリップチップ接続した。
In order to solve the above-mentioned problem, a semiconductor device according to
請求項2記載の半導体装置は、請求項1記載の半導体装置において、前記バンプは、ボールボンディング法によるスタッドバンプ法で形成した。 According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the bump is formed by a stud bump method using a ball bonding method.
請求項3記載の半導体装置は、請求項1記載の半導体装置において、前記バンプの寸法は、前記半導体キャリア基板の反り形状に応じて、外周部よりエリア内部のバンプを大きく、または、エリア内部より外周部のバンプを大きくした。 According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the bump has a larger size in the area than the outer peripheral portion or in the area of the bump, depending on the warp shape of the semiconductor carrier substrate. The bumps on the outer periphery were enlarged.
請求項4記載の半導体装置は、請求項3記載の半導体装置において、前記バンプは、隣接する電極パッド間と、バンプ上に転写塗布される半田あるいは導電性接着材とがショートしない範囲でバンプの寸法を大きくすることができる許容範囲を設けている。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor device according to the third aspect of the present invention, wherein the bumps are formed so that the bumps are not short-circuited between adjacent electrode pads and the solder or conductive adhesive that is transferred onto the bumps. An allowable range in which the size can be increased is provided.
請求項5記載の半導体装置は、請求項3記載の半導体装置において、前記寸法が大きいバンプは、表面積を大きくするために窪みを形成したバンプ台座部を有し、かつ、前記バンプ台座部の周辺部より高くした凸部を中央部に有する形状である。
The semiconductor device according to
請求項6記載の半導体装置の半導体装置の製造方法は、半導体素子の回路形成面の外周部に形成した電極パッド部と、前記外周部の電極パッド部より内側の領域であるエリア内部に形成した電極パッド部に、互いに寸法が異なるバンプを形成する工程と、凹型または凸型を有したレベリングツールを用いて、前記外周部と前記エリア内部のバンプを同時に一括平坦化するレベリング工程と、高さが異なるレベリング済みのバンプに半田或いは導電性接着材を転写し、半導体キャリア基板にフリップチップ接続するフリップチップ実装工程と、樹脂を前記半導体素子と前記半導体キャリア基板の間に充填硬化させる封止工程とを含む。
The method of manufacturing a semiconductor device of the semiconductor device according to
請求項7記載の半導体装置の半導体装置の製造装置は、請求項6記載の半導体装置の製造方法に用いる凹型または凸型を有したレベリングツールを備えた半導体装置の製造装置であって、前記レベリングツールは、半導体素子の寸法より大きく、かつ、高い剛性および熱伝導率と耐熱性を有した金属材質からなる。
A semiconductor device manufacturing apparatus of a semiconductor device according to
請求項8記載の半導体装置の半導体装置の製造装置は、請求項6記載の半導体装置の製造方法に用いる凹型または凸型を有したレベリングツールを備えた半導体装置の製造装置であって、半導体素子の回路形成面の外周部とエリア内部の電極パッド部に形成したバンプを、半導体素子を回転させることなく、前記レベリングツールで、一括で同時に平坦化することができる。
A semiconductor device manufacturing apparatus of a semiconductor device according to
この発明の請求項1記載の半導体装置によれば、外周部の電極パッド部とエリア内部の電極パッド部に、互いに寸法が異なるバンプを形成し、バンプに半田あるいは導電性接着材を転写させ、半導体キャリア基板とフリップチップ接続したので、フリップチップ実装するPOEと称する半導体素子とそれを支持する半導体キャリア基板の反り形状に応じて発生する大きな隙間である、ギャップをバンプの寸法(径や高さ)をコントロール補正することで、組立検査工程でのOPEN不良率を大きく低減させ、組立歩留の向上を図ることができる。また、このようにギャップの補正を講じることで、バンプ接続部は電気的に安定した構造を維持し、従来発生していたOPEN不良の発生を防止することができることで、熱疲労等による熱ストレスも十分緩和でき、高い接続信頼性を確保することもできる。 According to the semiconductor device of the first aspect of the present invention, bumps having different dimensions are formed on the electrode pad portion in the outer peripheral portion and the electrode pad portion in the area, and the solder or the conductive adhesive is transferred to the bump. Since the semiconductor carrier substrate is flip-chip connected, the gap is a dimension of the bump (diameter or height), which is a large gap generated according to the warp shape of the semiconductor element called POE to be flip-chip mounted and the semiconductor carrier substrate that supports it. ) Is controlled and corrected, the OPEN failure rate in the assembly inspection process can be greatly reduced, and the assembly yield can be improved. In addition, by correcting the gap in this way, the bump connection portion can maintain an electrically stable structure and can prevent the occurrence of the OPEN failure that has occurred in the past. Can be sufficiently relaxed, and high connection reliability can be secured.
請求項2では、バンプは、ボールボンディング法によるスタッドバンプ法で形成したので、スタットバンプボンディング(SBB)部の接続信頼性を確保維持できる。 According to the second aspect of the present invention, since the bump is formed by the stud bump method by the ball bonding method, the connection reliability of the stat bump bonding (SBB) portion can be secured and maintained.
請求項3では、バンプの寸法は、半導体キャリア基板の反り形状に応じて、外周部よりエリア内部のバンプを大きく、または、エリア内部より外周部のバンプを大きくしたので、半導体キャリア基板の反り形状が凹型の場合は、半導体素子のエリア内部の電極パッドに形成するバンプ寸法(特にバンプ径やバンプ高さ)を大きく形成させることでギャップを補正することが可能となる。また、半導体キャリア基板の反り形状が凸型の場合は、凹型の場合と逆に、半導体素子の外周部の電極パッドに形成するバンプ寸法を、エリア内部よりも大きく形成させることで、半導体素子の外周部の大きなギャップを補正することが同様にできる。これにより高温高荷重を負荷することなくバンプ部の接続性の安定化が図れる。 According to the third aspect of the present invention, the bump size is such that the bump in the area is larger than the outer peripheral portion or the bump in the outer peripheral portion is larger than the inner portion according to the warped shape of the semiconductor carrier substrate. In the case of a concave type, it is possible to correct the gap by forming a large bump size (especially bump diameter and bump height) formed on the electrode pad inside the area of the semiconductor element. In addition, when the warp shape of the semiconductor carrier substrate is a convex shape, contrary to the concave shape, the bump size formed on the electrode pad on the outer peripheral portion of the semiconductor element is formed larger than the inside of the area. It is possible to correct a large gap in the outer peripheral portion in the same manner. As a result, the connectivity of the bump portion can be stabilized without applying a high temperature and high load.
請求項4では、バンプは、隣接する電極パッド間と、バンプ上に転写塗布される半田あるいは導電性接着材とがショートしない範囲でバンプの寸法を大きくすることができる許容範囲を設けているので、レベリング後のバンプに転写塗布する半田あるいは導電性接着材と隣接するバンプや電極パッドとショートを起こさないようにできる。 According to a fourth aspect of the present invention, the bump has an allowable range in which the size of the bump can be increased without causing a short circuit between the adjacent electrode pads and the solder or conductive adhesive transferred onto the bump. It is possible to prevent a short circuit from occurring between the bump or electrode pad adjacent to the solder or conductive adhesive that is transferred and applied to the bump after leveling.
請求項5では、寸法が大きいバンプは、表面積を大きくするために窪みを形成したバンプ台座部を有し、かつ、バンプ台座部の周辺部より高くした凸部を中央部に有する形状であるので、レベリング後のバンプに転写塗布する半田或いは導電性接着材を十分に転写確保することができ、安定した接続歩留(%)と高いバンプの接続信頼性を確保維持できる。さらに、発熱する半導体素子からの熱を従来の外周部だけからでなく、エリア内部のバンプ接続部からも熱放散する経路が増加したことにより、熱抵抗値を従来の20〜30%程度も低下させることができ、致命的であった半導体素子の熱的破壊をも防止できる。
In
この発明の請求項6記載の半導体装置の製造方法によれば、半導体素子の回路形成面の外周部に形成した電極パッド部と、外周部の電極パッド部より内側の領域であるエリア内部に形成した電極パッド部に、互いに寸法が異なるバンプを形成する工程と、凹型または凸型を有したレベリングツールを用いて、外周部とエリア内部のバンプを同時に一括平坦化するレベリング工程とを含むので、半導体素子の外周部とエリア内部のバンプ形状は異なっており、バンプ高さが高い方に凹みを設けたレベリングツールを用いて、半導体素子の外周部とエリア内部に形成したそれぞれのバンプを同時に一括でレベリングすることで、レベリング工程に費やす時間を大きく低減し、生産性が著しく向上できる。また、ギャップが大きい部で、バンプ高さを可変した部分があれば、レベリングツールの凹部を調整することで、自由自在にバンプ高さを調整することが可能となる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to
従って、従来の半導体装置(半導体素子の外周部のみに電極パッドを有していた半導体装置)では対応できなかった半導体素子の特性向上の為の電源補強(IRドロップ電圧低下防止)等が十分できるだけでなく、エリアパッド内部に複数の電気的接続端子である電極パッドを有していることから、半導体装置の多ピン化や高機能化の実現だけでなく、高放熱化にも十分に対応できる。 Therefore, power supply reinforcement (preventing IR drop voltage drop) for improving the characteristics of semiconductor elements, which could not be handled by conventional semiconductor devices (semiconductor devices having electrode pads only on the outer periphery of the semiconductor elements), etc., is as much as possible. In addition, since the electrode pads that are a plurality of electrical connection terminals are provided inside the area pad, not only can the semiconductor device have a higher pin count and higher functionality, but it can also cope with higher heat dissipation. .
この発明の請求項7記載の半導体装置の製造装置によれば、請求項6記載の半導体装置の製造方法に用いる凹型または凸型を有したレベリングツールを備えた半導体装置の製造装置であって、レベリングツールは、半導体素子の寸法より大きく、かつ、高い剛性および熱伝導率と耐熱性を有した金属材質からなるので、半導体素子の回路形成面の外周部とエリア内部のバンプを同時に一括平坦化することができる。 According to a semiconductor device manufacturing apparatus of a seventh aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing apparatus provided with a leveling tool having a concave shape or a convex shape used in the method of manufacturing a semiconductor device according to the sixth aspect, The leveling tool is made of a metal material that is larger than the dimensions of the semiconductor element and has high rigidity, thermal conductivity, and heat resistance, so the outer peripheral part of the circuit formation surface of the semiconductor element and the bumps in the area can be flattened simultaneously. can do.
この発明の請求項8記載の半導体装置の製造装置によれば、請求項6記載の半導体装置の製造方法に用いる凹型または凸型を有したレベリングツールを備えた半導体装置の製造装置であって、半導体素子の回路形成面の外周部とエリア内部の電極パッド部に形成したバンプを、半導体素子を回転させることなく、レベリングツールで、一括で同時に平坦化することができるので、レベリング工程に費やす時間を大きく低減し、生産性が著しく向上できる。
According to a semiconductor device manufacturing apparatus as set forth in
以下、本発明の半導体装置及びその製造方法に関する実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.
この発明の第1の実施の形態を図1および図2に基づいて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態の半導体装置を示す断面図、図2はその概略平面図である。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic plan view thereof.
図1および図2に示すように、半導体素子1の回路形成面の外周部1aに複数個の電極パッド部2aを配列し、かつ、外周部1aの電極パッド部2aより内側の領域であるエリア内部1bに、一つ以上の電極パッド部2bを設けた半導体素子1と、半導体素子1を搭載する半導体キャリア基板4とを備えている。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, an area which is a region inside the plurality of
この場合、回路形成面を上面した半導体素子1上の外周部1aとエリア内部1bの領域にあるAl等の電極パッド部2(2a,2b)に、それぞれ、Auバンプ3の寸法(径と高さ)や形状を変えたAuバンプ3(3a,3b)が、それぞれ半導体キャリア基板4上の複数の配線電極部5に半田或いは導電性接着材6を介して、液状の絶縁性を有したエポキシ系樹脂7が充填被覆されて電気的に接続されたフリップチップ実装構造を有している。尚、半導体キャリア基板4は、その裏面に外部端子8を有し、複数の配線電極部5と外部端子8とは半導体キャリア基板4内に形成されたビア9により内部接続されている。
In this case, the dimensions (diameter and height) of the
この図1および図2に示す第1の実施形態の場合、前記半導体キャリア基板4の反りが凹型の場合であることから、半導体素子1上のエリア内部1bの電極パッド部2bに形成するバンプ3bを、外周部1aの電極パッド部2a上に形成するバンプ3aの径(φ)と高さ(h)より、約1〜1.5の範囲で大きくしている。尚、Auバンプ3の寸法を大きくする最大規格の範囲としては、レベリング後のAuバンプ3に転写塗布する半田或いは導電性接着材6と隣接するAuバンプ3や電極パッド2とショートを起さない範囲でAuバンプ3の形状を管理しているものである。また、前記記載の半導体素子1と半導体キャリア基板4との大きな隙間(ギャップ)部分を補正させるために、Auバンプ3の寸法を大きくするだけでなく、半田或いは導電性接着材6を十分に転写塗布できるようにAuバンプ3の台座部分の表面積を大きくするため、バンプ台座部3−1に窪みをつけ、且つバンプ台座部3−1の周辺部より中央部の凸部を高くした形状を有したことを特徴とする構造を有している。
In the case of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, since the warp of the
この発明の第2の実施の形態を図3および図4に基づいて説明する。図3は、本発明の第2の実施形態の半導体装置を示す断面図、図4はその概略平面図である。本実施形態は、半導体キャリア基板4の反り形状が凸型を示す場合である。第1の実施形態と同一部分には同一符号を付す。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a sectional view showing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a schematic plan view thereof. In the present embodiment, the warp shape of the
図3および図4に示すように、回路形成面を上面した半導体素子1上の外周部1aとエリア内部1bの領域にあるAl等の電極パッド部2a,2bに、それぞれ、Auバンプ3の寸法(径と高さ)や形状を変えたAu等のバンプ3(3a,3b)が、それぞれ半導体キャリア基板4上の複数の配線電極部5に半田或いは導電性接着材6を介して、液状の絶縁性を有したエポキシ系樹脂7が充填被覆されて電気的に接続されたフリップチップ実装構造を有している。尚、半導体キャリア基板4は、その裏面に外部端子8を有し、複数の配線電極部5と外部端子8とは半導体キャリア基板4内に形成されたビア9により内部接続されている。
As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the dimensions of the Au bumps 3 are respectively formed on the
この図3および図4に示す第2の実施形態の場合は、前記半導体キャリア基板4の反りが凸型をしている為、第1の実施形態とは逆に、半導体素子1上のエリア内部1bの電極パッド部2bに形成するバンプ3bより、外周部1aの電極パッド部2a上に形成するバンプ3aの寸法である径(φ)と高さ(h)を、約1〜1.5の範囲で大きくしているものである。尚、Auバンプ3の形状を大きくする最大規格の範囲しては、第1の実施形態と同じ管理規準で実施管理しているものである。また、前記記載の第1の実施形態と同様に、半導体素子1と半導体キャリア基板4との大きな隙間(ギャップ)部分を補正させるために、Auバンプ3の寸法を大きくするだけでなく、半田或いは導電性接着材6を十分に転写塗布できるようにバンプ台座部3−1の表面積を大きくするため、バンプ台座部3−1に窪みをつけ、且つバンプ台座部3−1の周辺部より中央部の凸部を高くした形状を有する構造にしている。
In the case of the second embodiment shown in FIGS. 3 and 4, since the warp of the
次に、第1および第2の実施形態において、半導体素子1とそれを支持する半導体キャリア基板4とがフリップチップ実装した際、半導体キャリア基板4の反り形状に応じて発生する大きな隙間のギャップを補正するために、半導体素子1の外周部1aとエリア内部1b領域に異なる寸法と形状を有したAuバンプ3を形成する半導体装置の製造方法について説明する。
Next, in the first and second embodiments, when the
まず、半導体キャリア基板4の反り形状が凹型の場合における半導体素子1上へのAuバンプ3形成に伴う本発明の第1の実施形態の半導体装置の製造方法を図5に基づいて説明する。
First, the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention accompanying the formation of the
図1および図5に示すように、半導体素子1の回路形成面の外周部に形成した電極パッド部2aと、外周部の電極パッド部2aより内側の領域であるエリア内部に形成した電極パッド部2bに、互いに寸法が異なるバンプ3a,3bを形成する工程と、凹型または凸型を有したレベリングツール10を用いて、外周部とエリア内部のバンプ3a,3bを同時に一括平坦化するレベリング工程とを行う。半導体素子の外周部とエリア内部のバンプ高さを変える手法としては、同一のキャピラリで、外周部とエリア内部を異なるサイズのバンプを形成させ、半導体素子寸法より大きなレベリングツールを用いて、半導体素子の外周部とエリア内部のバンプを同時に一括レベリングする。
As shown in FIGS. 1 and 5, the
この場合、半導体素子1上の外周部1aの電極パッド2aにAuバンプ3aを形成する。また、エリア内部1b領域の電極パッド2b上にAuバンプ3b(前記3aより寸法が大きい)を形成する。尚、前記Auバンプ3aより寸法が大きいAuバンプ3b部の台座形状は表面積を大きくするため、バンプ台座部3−1に窪みをつけ、且つバンプ台座部3−1の周辺部より中央部の凸部を高くした形状を有している。そして、前記Auバンプ3(3a,3b)を形成した向きに、半導体素子1のサイズより大きく、且つ、強い剛性と高い熱伝導性と耐熱性のある金属材から成ることを特徴としたレベリングツール10−1で、形成済みのAuバンプ3(3a,3b)のレベリングを実施する。この際、半導体素子1の外周部1aとエリア内部1bの領域に形成しているAuバンプ3(3a,3b)は、それぞれの領域において、バンプ3の高さが異なるため、前記レベリングツール10−1の形状を凹型に設けたことで、異なるバンプ3の高さの状態で、半導体素子1上の外周部1aとエリア内1b領域のAuバンプ3を同時に一括でレベリングすることができる生産性の優れたレベリング機構を有したバンプ形成方法の工程を有しているものである。
In this case, Au bumps 3 a are formed on the
本実施形態では、特に、半導体キャリア基板の反り形状は凹型が多く、この場合、半導体素子と半導体キャリア基板のギャップは、半導体素子の電源補強用電極パッドを有するエリア内部が大きくなる。そのため、半導体素子のエリア内部の電極パッドに形成するAuバンプ寸法(特にバンプ径やバンプ高さ)を大きく形成させることでギャップを補正することが可能となり、高温高荷重を負荷することなくSBB部の接続性の安定化が図れるといった手段を講じている。 In this embodiment, in particular, the warp shape of the semiconductor carrier substrate is often concave, and in this case, the gap between the semiconductor element and the semiconductor carrier substrate is large inside the area having the power supply reinforcing electrode pad of the semiconductor element. Therefore, it is possible to correct the gap by forming a large Au bump size (especially bump diameter and bump height) formed on the electrode pad inside the area of the semiconductor element, and the SBB portion without applying a high temperature and high load. Measures are taken to stabilize the connectivity.
一方、半導体キャリア基板4の反り形状が凸型の場合における半導体素子1上へのAu等のバンプ3の形成に伴う本発明の第2の実施形態の半導体装置の製造方法を図6に基づいて説明する。
On the other hand, a method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention accompanying the formation of
図3および図6に示すように、半導体素子1上の外周部1aのAl電極パッド2aにAuバンプ3aを形成する。また、エリア内部1b領域の電極パッド部2bにAuバンプ3b(前記3aのパンプ寸法が大きい)を形成する。尚、バンプ3の寸法が大きいAuバンプ3a部の台座形状は表面積を大きくするため、バンプ台座部3−1に窪みをつけ、且つバンプ台座部3−1の周辺部より中央部の凸部を高くした形状を有している。
As shown in FIGS. 3 and 6, Au bumps 3 a are formed on the
以下、前記Auバンプ3を形成する製造方法の第1の実施形態と同様に、Auバンプ3(3a,3b)を形成した向きに、半導体素子1の寸法より大きく、且つ強い剛性と高い熱伝導性と耐熱性がある金属材から成ることを特徴としたもう一つのレベリングツール10−2で、形成済みのAuバンプ3(3a,3b)のレベリングを実施する。この際、半導体素子1の外周部1aとエリア内部1bの領域に形成しているAuバンプ3(3a,3b)は、それぞれの領域において、バンプ3の高さが異なるため、前記もう一つのレベリングツール10−2の形状を凸型に設けたことで、異なるバンプ3の高さの状態で、半導体素子1上の外周部1aとエリア内1b領域のAuバンプ3を同時に一括でレベリングすることができる生産性の優れたレベリング機構を有したAuバンプ3の形成方法の工程を有するものである。
Hereinafter, in the same manner as in the first embodiment of the manufacturing method for forming the
次に、半導体キャリア基板4の反り形状が凹型に著しく大きい場合の半導体素子1上へのAuバンプ3の形成に伴う本発明の第3の実施形態の半導体装置の製造方法を図7および図8に基づいて説明する。第1および第2の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention accompanying the formation of the
図7および図8に示すように、半導体素子1に形成するAuバンプ3は、特に半導体素子1の中央部1cを最も高く、外周部1aを最も低く、また中央部と外周部の中間部1bにもバンプ寸法が異なるAuバンプ3(3a〜3c)を形成している。この場合も前記同様に、2段階の凹型形状を有する別のレベリングツール10−3の形状を用いることで、容易に半導体素子1と半導体キャリア基板4のFC実装時の大きな隙間のギャップを補正することができるレベリング済みのAuバンプ3(3a〜3c)を形成することができるものである。
As shown in FIG. 7 and FIG. 8, the
更に、半導体キャリア基板4の反り形状が凸型に著しく大きい場合の半導体素子1上へのAuバンプ3の形成に伴う本発明の第4の実施形態の半導体装置の製造方法を図9および図10に基づいて説明する。第1および第2の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
Further, a method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention accompanying the formation of Au bumps 3 on the
図9および図10に示すように、半導体素子1に形成するAuバンプ3は、特に半導体素子1の外周部1aを最も高く、中央部1cを最も低く、また中央部と外周部の中間部1bにも異なるバンプ寸法のAuバンプ3(3a〜3c)を形成している。この場合も前記同様に、2段階の凸型形状を有する別のレベリングツール10−4の形状を用いることで、容易に半導体素子1と半導体キャリア基板4のFC実装時の大きな隙間のギャップを補正することができるもう一つのレベリング済みのAuバンプ3(3a〜3c)を形成することができるものである。
As shown in FIG. 9 and FIG. 10, the
次に、上記実施形態において、前記エリアパッド配列の半導体素子1(Auバンプ3形成済み)と半導体キャリア基板4を半田或いは導電性接着材6を介して電気的に接続し、その周辺を絶縁性のエポキシ系封止樹脂で充填被覆されたエリアパッド化した小型半導体装置の製造方法について、図11および図12を用いて以下、説明する。なお、図11および図12は第3の実施形態の半導体キャリア基板4が凹型の場合であるが、他の実施形態でも同様である。
Next, in the above embodiment, the semiconductor element 1 (with the
図11に示すように、回路形成部を上面にした半導体素子1上の外周部1aの電極パッド2a部とエリア内部1b,1cの電極パッド部2b,2cに、Auバンプ3の寸法や形状が異なるAu等のバンプ3(3a〜3c)を形成する工程(図11(1))と、凹型を有した剛性力と高い熱伝導性と耐熱性を有した金属材から成るレベリングツール10−3を用いて半導体素子1の外周部1aとエリア内部1b,1cに形成したAuバンプ3のレベリングを同時に一括して平坦化することができるバンプレベリング工程(図11(2))とを有する。次に、Auバンプ3の高さが異なるレベリング済みAuバンプ3に半田或いは導電性接着材6塗布した転写ステージ11で転写し(図11(3)、図12(1))、複数の配線電極5を有する向きを上面にした半導体キャリア基板4上にAuバンプ3形成済みの半導体素子1をFC実装し、その後、熱硬化するフリップチップ実装工程と、エポキシ系の封止樹脂7を半導体素子1と半導体キャリア基板4間に充填し、硬化させる封止工程(図12(2))とを有していることを特徴としたエリアパッド化した小型半導体装置の製造方法である。
As shown in FIG. 11, the size and shape of the
以上説明したように、半導体素子1とそれを支持する半導体キャリア基板4とがフリップチップ実装した際、半導体キャリア基板4の反り形状に応じて発生する大きな隙間のギャップを補正するために、Auバンプ3の寸法(径や高さ等)を大きくするだけでなく、半田或いは導電性接着材6を十分に転写塗布できるようにAuバンプ3の台座部分の表面積を大きくするため、バンプ台座部3−1に窪みをつけ、且つバンプ台座部3−1の周辺部より中央部の凸部を高くした形状を有している。また、半導体素子1のエリア内部(1b,1c)と外周部1aの領域とで、Auバンプ3の高さを可変するが、生産性を向上させるため、形成したAuバンプの寸法(径や高さ)に応じた、強い剛性と高い熱伝導性及び耐熱性のある凹み部を有した金属製のレベリングルール装置10を用いて同時に一括レベリングすることができ、その後、レベリング済みのAuバンプ3に半田或いは導電性接着材6を転写塗布させ、半導体キャリア基板4上の複数の配線電極部5とが電気的に接続されている。尚、半導体素子1と半導体キャリア基板4の間に絶縁材であるエポキシ系の液状樹脂7が充填被覆された構造を有したエリアパッド化した小型半導体装置とその製造方法である。
As described above, when the
本発明にかかる半導体装置およびその製造方法および製造装置は、半導体キャリア基板の反り形状に応じて発生する大きな隙間である、ギャップをバンプの寸法(径や高さ)をコントロール補正することで、組立検査工程でのOPEN不良率を大きく低減させ、組立歩留の向上を図ることができる等の効果を有し、半導体素子の回路形成部の電源系を強化する電源補強を目的とするものだけでなく、シグナルパッドとしても利用する必要性のある半導体素子を用いた半導体装置すべてに有効である。 The semiconductor device and the manufacturing method and manufacturing device according to the present invention are assembled by controlling and correcting the bump size (diameter and height), which is a large gap generated according to the warp shape of the semiconductor carrier substrate. It has the effect of greatly reducing the OPEN failure rate in the inspection process and improving the assembly yield, and only for the purpose of power supply reinforcement that strengthens the power supply system of the circuit formation part of the semiconductor element. It is effective for all semiconductor devices using semiconductor elements that need to be used as signal pads.
1 半導体素子
1a 半導体素子上の外周部領域
1b 半導体素子上のエリア内部領域
1c 半導体素子上の中央部領域
2 Al等の電極パッド
2a 半導体素子上の外周部領域にあるAl電極パッド部
2b 半導体素子上のエリア内部領域にあるAl電極パッド部
2c 半導体素子上の中央部領域にあるAl電極パッド部
3 Au等のバンプ
3a 半導体素子上の外周部領域にあるAl電極パッド部に形成したAuバンプ
3b 半導体素子上のエリア内部領域にあるAl電極パッド部に形成したAuバンプ
3c 半導体素子上の中央部領域にあるAl電極パッド部に形成したAuバンプ
3−1 表面積を大きくした山型やイカリ型等のバンプ台座部
4 半導体キャリア基板
5 半導体キャリア基板上にある複数の配線電極部
6 半田或いは導電性接着材
7 液状のエポキシ系封止樹脂
8 半導体キャリア基板裏面の外部端子
9 半導体キャリア基板内に形成したビア
10 強い剛性力と熱伝導性を有した金属材ら成るレベリングルール装置
10−1凹型の逆形状を有したレベリングルール
10−2 凸型の逆形状を有するもう一つのレベリングツール
10−3 2段階の凹がたの逆形状を有するレベリングツール
10−4 2段階の凸型の逆形状を有するレベリングツール
11 半田或いは導電性接着材を塗布した転写ステージ
1 Semiconductor device
1a Peripheral area on semiconductor element
1b Area internal area on semiconductor element
1c Central region on
2a Al electrode pad portion in outer peripheral region on
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