JP2005303176A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置をフリップチップ接続で構成している半導体チップ内における電極パッド及び電極パッド上のバンプの配置と大きさに関するものであり、半導体チップの電極パッドが枠状に複数配置され、フリップチップ接続信頼性を確保する構造を有した半導体装置に関するものである。 The present invention relates to the arrangement and size of electrode pads and bumps on the electrode pads in a semiconductor chip constituting a semiconductor device by flip chip connection, and a plurality of electrode pads of the semiconductor chip are arranged in a frame shape, The present invention relates to a semiconductor device having a structure that ensures flip-chip connection reliability.
図8は、従来の半導体装置、ここでは、CSP(Chip Size Package)と称されるフリップチップ実装型の半導体装置の構成図である。図8(a)は、半導体装置に搭載される半導体チップの平面図およびパッド周辺の拡大図、図8(b)は、フリップチップ実装型の半導体装置の断面図、図8(c)は、その斜視図を示している。 FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional semiconductor device, here, a flip chip mounting type semiconductor device called a CSP (Chip Size Package). 8A is a plan view of a semiconductor chip mounted on the semiconductor device and an enlarged view of the periphery of the pad, FIG. 8B is a cross-sectional view of a flip-chip mounting type semiconductor device, and FIG. The perspective view is shown.
図8(a)に示すように、半導体チップ1は、半導体チップ1の外部に接続するための電極パッドが形成され、電極パッド上に金バンプが形成されている。電極パッドは、最外周縁部にペリフェラル配列された最外周縁電極パッド2と、チップ中央部にエリア配列された中央領域エリア電極パッド3とからなり、その上には、それぞれ最外周縁バンプ4、中央領域エリアバンプ5が形成されている。拡大図は、平面図B位置での最外周縁電極パッド2部分を示す。
As shown in FIG. 8A, in the
図8(b)に示すように、半導体装置は、半導体チップ1の最外周縁バンプ4、中央領域エリアバンプ5が、各層に配線パターン6が形成された1層または複数層の基板であるキャリア基板8の表面の配線パターン6と接続され、さらに、キャリア基板8内の配線パターン6を介してキャリア基板8裏面の半導体装置外部に引き出す外部端子9と接続されている。キャリア基板8と半導体チップ1の隙間は封止樹脂7で封止されている。
As shown in FIG. 8B, in the semiconductor device, the outermost
従来、最外周縁電極パッド2と中央領域エリア電極パッド3のサイズはチップ内において同一サイズである。また、最外周縁電極パッド2と中央領域エリア電極パッド3上の最外周縁バンプ4と中央領域エリアバンプ5は同一サイズである(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来の半導体装置の構成において、フリップチップ接続された半導体チップ1は、半導体チップ1の最外周縁部に形成された最外周縁バンプ4にかかる熱伸縮によるひずみ応力が、半導体チップ1の中央領域に形成された中央領域エリアバンプ5にかかる応力よりも大きいため、最外周縁部の接続信頼性が中央領域の接続信頼性よりも劣る。
However, in the configuration of the conventional semiconductor device, the flip-chip connected
一般に、熱伸縮によるひずみ応力はバンプにかかる温度差と、半導体チップ中央基点部からの距離に相関する。温度差が均一な場合は、半導体チップ中央基点部から距離が大きい位置に形成されたバンプにかかる応力は半導体チップ中央付近に形成されたバンプにかかる応力よりも大きい。これより、バンプサイズが半導体チップ内において同一の場合、半導体チップ中央基点部から距離の大きい位置である半導体チップ最外周縁部に形成されたバンプの接続信頼性は中央領域付近に形成されたバンプ接続信頼性よりも劣り、半導体装置としての信頼性が確保されない。 In general, the strain stress due to thermal expansion and contraction correlates with the temperature difference applied to the bump and the distance from the central point of the semiconductor chip. When the temperature difference is uniform, the stress applied to the bump formed at a position where the distance from the central point of the semiconductor chip is large is greater than the stress applied to the bump formed near the center of the semiconductor chip. As a result, when the bump size is the same in the semiconductor chip, the connection reliability of the bump formed on the outermost peripheral edge of the semiconductor chip, which is located at a large distance from the central reference point of the semiconductor chip, is the bump formed near the central area. It is inferior to connection reliability, and the reliability as a semiconductor device is not ensured.
この課題を解決するために、本発明の半導体装置は、表面に配線パターンと、裏面に前記配線パターンと接続した外部端子とを有したキャリア基板と、表面に集積回路素子と複数の枠状に配列した複数の電極パッドとが形成された半導体チップとを有し、前記キャリア基板の前記配線パターンの一部と前記半導体チップ表面の電極パッド上に形成されたバンプとがフリップチップ接続された半導体装置であって、前記フリップチップ接続時の電極パッド上に形成されるバンプは、前記半導体チップの平面内において中央部領域よりも周縁部領域の方がバンプサイズが大きい構造を有することを特徴としている。また、半導体チップ平面内に複数の枠状に配列した複数の電極パッド上に形成されたバンプにおいて、前記バンプの直径が半導体チップ中央から外周方向に向かって1.1倍/mm以上異なるバンプを有する半導体装置である。 In order to solve this problem, a semiconductor device of the present invention includes a carrier substrate having a wiring pattern on the front surface and an external terminal connected to the wiring pattern on the back surface, and an integrated circuit element and a plurality of frames on the front surface. A semiconductor chip formed with a plurality of arranged electrode pads, and a part of the wiring pattern of the carrier substrate and a bump formed on the electrode pad on the surface of the semiconductor chip are flip-chip connected The bump formed on the electrode pad at the time of flip chip connection has a structure in which the bump size is larger in the peripheral region than in the central region in the plane of the semiconductor chip. Yes. In addition, bumps formed on a plurality of electrode pads arranged in a plurality of frames in a semiconductor chip plane are different in bump diameter from the center of the semiconductor chip by 1.1 times / mm or more in the outer peripheral direction. It is a semiconductor device having.
以上のように本発明は、半導体装置を構成する半導体チップへのバンプ形成サイズを半導体チップ平面内の周縁部の方が中央領域部よりも大きい構造を有し、それを実現することのできる電極パッド開口サイズを構成することで、フリップチップ接続の際の接続信頼性を向上させることができる。 As described above, the present invention has a structure in which the bump forming size on the semiconductor chip constituting the semiconductor device is larger in the peripheral portion in the plane of the semiconductor chip than in the central region, and an electrode capable of realizing it. By configuring the pad opening size, connection reliability at the time of flip-chip connection can be improved.
以下、本発明の半導体装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of a semiconductor device of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態における半導体装置、ここでは、フリップチップ実装型の半導体装置の構成図である。図1(a)は、半導体装置に搭載される半導体チップの平面図、図1(b)は半導体チップの電極パッドにバンプを形成した時の平面図およびパッド周辺の拡大図、図1(c)は、フリップチップ実装型の半導体装置における図1(b)A−A’での断面図を示している。 FIG. 1 is a configuration diagram of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, here, a flip-chip mounting type semiconductor device. 1A is a plan view of a semiconductor chip mounted on a semiconductor device, FIG. 1B is a plan view when bumps are formed on electrode pads of the semiconductor chip, and an enlarged view around the pad, FIG. ) Shows a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1B in a flip-chip mounting type semiconductor device.
図1(a)に示すように、半導体チップ1は、半導体チップ1の外部と電気的に接続するための電極パッドが形成され、最外周縁部にペリフェラル配列された最外周縁電極パッド12と、最外周縁部からチップ中央部に向かって矩形の枠状に順次配列した第1、第2、第3の中央領域エリア電極パッド13、14、15が形成されている。
As shown in FIG. 1A, the
図1(b)に示すように、最外周縁電極パッド12と第1、第2、第3の中央領域エリア電極パッド13、14、15の上には、それぞれ最外周縁バンプ16、第1、第2、第3の中央領域エリアバンプ17、18、19が形成されている。
As shown in FIG. 1B, on the outermost
図1(c)に示すように、半導体装置は、半導体チップ1の最外周縁バンプ16、第1、第2、第3の中央領域エリアバンプ17、18、19が、各層に配線パターン6が形成された1層または複数層の基板であるキャリア基板8の表面の配線パターン6とフリップチップ接続され、さらに、キャリア基板8内の配線パターン6を介してキャリア基板8裏面の半導体装置外部に引き出す外部端子9と接続されている。キャリア基板8と半導体チップ1の隙間は封止樹脂7で封止されている。
As shown in FIG. 1C, the semiconductor device includes the outermost
本発明の半導体装置においては、第1、第2、第3の中央領域エリアバンプ17、18、19の大きさを最外周縁バンプ16より小さい構成としている。さらに、第1、第2、第3の中央領域エリアバンプ17、18、19の大きさは、最外周縁から中央に近づくほど小さい構成としている。つまり、第1の中央領域エリアバンプ17、第2の中央領域エリアバンプ18、第3の中央領域エリアバンプ19の順にバンプの大きさが小さくなっている。
In the semiconductor device of the present invention, the first, second and third central
ここで、半導体チップ1の最外周縁バンプ16の径と第1、第2、第3の中央領域エリアバンプ17、18、19のバンプ径の相関は以下の式(1)、(2)、(3)で表される。
Here, the correlation between the diameter of the outermost
(第3の中央領域エリアバンプ19の径)×1.1×(バンプ間ピッチ距離)≦(第2の中央領域エリアバンプ18の径) ・・・(1)
(第2の中央領域エリアバンプ18の径)×1.1×(バンプ間ピッチ距離)≦(第1の中央領域エリアバンプ17の径) ・・・(2)
(第1の中央領域エリアバンプ17の径)×1.1×(バンプ間ピッチ距離)≦(最外周縁バンプ16の径) ・・・(3)
最外周縁電極パッド12および第1、第2、第3の中央領域エリア電極パッド13、14、15の大きさについては、その上に形成されるバンプの大きさに伴って変える構成とするが、おなじでもよい。
(Diameter of third central region area bump 19) × 1.1 × (pitch distance between bumps) ≦ (diameter of second central region area bump 18) (1)
(Diameter of second central region area bump 18) × 1.1 × (pitch distance between bumps) ≦ (diameter of first central region area bump 17) (2)
(Diameter of first central region area bump 17) × 1.1 × (pitch distance between bumps) ≦ (diameter of outermost peripheral bump 16) (3)
The sizes of the outermost
以上のように、バンプと電極パッドの大きさを最外周縁部から順次小さくすることにより、各バンプにかかる応力の差は小さくなり、多い数の電極パッドを有する半導体チップに効果があり、バンプ接続信頼性が向上し、半導体装置としての信頼性が確保される。 As described above, by sequentially reducing the size of the bump and the electrode pad from the outermost peripheral portion, the difference in stress applied to each bump is reduced, which is effective for a semiconductor chip having a large number of electrode pads. Connection reliability is improved, and reliability as a semiconductor device is ensured.
図2は、本発明の第2の実施形態における半導体装置、ここでは、フリップチップ実装型の半導体装置の構成図である。図2(a)は、半導体装置に搭載される半導体チップの平面図、図2(b)は半導体チップの電極パッドにバンプを形成した時の平面図、図2(c)は、フリップチップ実装型の半導体装置の断面図を示している。 FIG. 2 is a configuration diagram of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, here, a flip-chip mounting type semiconductor device. 2A is a plan view of a semiconductor chip mounted on a semiconductor device, FIG. 2B is a plan view when bumps are formed on electrode pads of the semiconductor chip, and FIG. 2C is flip-chip mounting. 1 shows a cross-sectional view of a type semiconductor device.
図1に示す第1の実施形態における半導体装置との相違点は、第1、第2、第3の中央領域エリアバンプ17、18、19の大きさを最外周縁バンプ16より小さい構成としているが、第1、第2、第3の中央領域エリアバンプ17、18、19の大きさは、同一としていることである。第1、第2、第3の中央領域エリア電極パッド13、14、15についても同様に、それらの大きさに同じで、最外周縁電極パッド12の大きさより小さい構成である。
The difference from the semiconductor device in the first embodiment shown in FIG. 1 is that the size of the first, second, and third central
ここで、半導体チップ1の最外周縁バンプ16の径と第1、第2、第3の中央領域エリアバンプ17、18、19のバンプ径の相関は以下の式(4)で表される。
(第1の中央領域エリアバンプ17の径)=(第2の中央領域エリアバンプ18の径)=(第3の中央領域エリアバンプ19の径)≦(最外周縁バンプ16の径)/(1.1×バンプ間ピッチ距離) ・・・(4)
以上のように、バンプと電極パッドの大きさを最外周縁部より中央領域で小さくすることにより、各バンプにかかる応力の差は小さくなり、少ない数の電極パッドを有する半導体チップに効果があり、バンプ接続信頼性が向上し、半導体装置としての信頼性が確保される。また、中央領域と最外周縁の2種類の電極パッド、バンプのサイズに限定することで、第1の実施形態に比べ、製造工程、品質管理の簡素化が可能である。
Here, the correlation between the diameter of the outermost
(Diameter of first central area area bump 17) = (diameter of second central area area bump 18) = (diameter of third central area area bump 19) ≦ (diameter of outermost peripheral edge bump 16) / ( 1.1 x pitch distance between bumps) (4)
As described above, by reducing the size of the bump and the electrode pad in the central region from the outermost peripheral edge, the difference in stress applied to each bump is reduced, which is effective for a semiconductor chip having a small number of electrode pads. As a result, the bump connection reliability is improved and the reliability of the semiconductor device is ensured. Further, by limiting to the size of the two types of electrode pads and bumps in the central region and the outermost peripheral edge, the manufacturing process and quality control can be simplified as compared with the first embodiment.
ここでは図示はしていないが、半導体チップ中央領域に形成される電極パッドおよびバンプの配列はエリア(格子)配列やハニカム(蜂の巣)配列になっていても良い。 Although not shown here, the arrangement of the electrode pads and bumps formed in the central region of the semiconductor chip may be an area (lattice) arrangement or a honeycomb (honeycomb) arrangement.
図3は本発明の一実施形態における半導体装置の接続バンプを示す断面図である。図3(a)は、フリップチップ実装型の半導体装置の断面図であり(封止樹脂は図示せず)、図3(b)、(c)、(d)は、図3(a)C部に示す最外周縁バンプ16部分の拡大図であり、接続バンプ方法の違いにより3通り示している。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing connection bumps of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 3A is a cross-sectional view of a flip-chip mounting type semiconductor device (sealing resin is not shown), and FIGS. 3B, 3C, and 3D are the same as FIG. FIG. 4 is an enlarged view of the outermost
図3(b)の接続バンプ方法は、半導体チップ1内の電極パッド12上に金スタッドバンプ21を形成し、金スタッドバンプ21に接続用樹脂22を転写方法でバンプに被せ、キャリア基板8の配線パターン6と接合させる方法である。この接続方法をSBB(スタッドバンプボンディング)工法と呼ぶ。接続用樹脂22は、例えば、バインダーとしてエポキシレジン、導体フィラーとしてAg−Pd共沈紛によりなる接着剤を含む。
In the connection bump method shown in FIG. 3B, a
図3(c)の接続バンプ方法は、半導体チップ1内の電極パッド12上に金めっきバンプ24を形成する方法である。一般的には、半導体ウェハー状態で各半導体チップ1の電極パッド12上に一括に金めっきバンプ24形成を行う。製造方法としては、半導体ウェハー状態で各半導体チップ1の電極パッド12上に一括に金めっきバンプ24形成を行うため、半導体ウェハーの電極パッド12上にTiNとAuをスパッタリングで蒸着し、AL−TiN−Auの層を形成する。その後、電極パッド12上のみ開口したマスクを被せ、電解めっき方法で電極パッド12上に金めっきを行った後、レジストを除去し、金めっきバンプ24を形成する。
The connection bump method of FIG. 3C is a method of forming a
図3(d)の接続バンプ方法は、半導体チップ1内の電極パッド12上に半田めっきバンプ25を形成する方法である。一般的には、半導体ウェハー状態で各半導体チップ1の電極パッド12上に一括に半田めっきバンプ25形成を行う。製造方法としては、半導体ウェハー状態で各半導体チップ1の電極パッド12上に一括に半田めっきバンプ25形成を行い、半導体ウェハーの電極パッド12上にTiNとNをスパッタリングで蒸着し、AL−TiN−Nの層を形成する。その後、電極パッド12上のみ開口したマスクを被せ、電解めっき方法で電極パッド12上にSn−Agの半田めっきを行った後、レジストを除去し、半田めっきバンプ25を形成する。
The connection bump method of FIG. 3D is a method of forming solder plating bumps 25 on the
ここで、例として最外周縁バンプ16について説明したが、第1、第2、第3の中央領域エリアバンプ17、18、19についても同様である。
Here, although the outermost
図4は本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法の一部を示す図であり、バンプ製造方法についてを示している。 FIG. 4 is a diagram showing a part of a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and shows a method for manufacturing a bump.
図4(a)は半導体チップ1の平面内に複数の枠状に配列した複数の電極パッドが中央部領域よりも周縁部領域を大きく形成する工程を示す。ここでは、3つの枠状に配列した場合を示す。
FIG. 4A shows a process in which a plurality of electrode pads arranged in a plurality of frame shapes in the plane of the
半導体チップ1の表面の最外周縁電極パッド12および第1、第2の中央領域エリア電極パッド13、14にそれぞれ形成される最外周縁バンプ16、第1、第2の中央領域エリアバンプ17、18のサイズは、φ0.03〜0.1mm程度、高さは0.01〜0.05mm程度である。最外周縁電極パッド12および第1、第2の中央領域エリア電極パッド13、14のサイズは、最外周縁バンプ16、第1、第2の中央領域エリアバンプ17、18のサイズよりも数十μm大きめに形成する。半導体チップ1は単結晶シリコン基材の表層に集積回路(トランジスタなど)を形成した後、W、Ti、TiNなどで導通された複数層(3〜4層)の配線で電気的に接続し、さらに表層でそれらを30nm〜1000nm厚のCu配線パターンニングで電気的に接続し、任意の最外周縁電極パッド12および第1、第2の中央領域エリア電極パッド13、14に接続する。最外周縁電極パッド12および第1、第2の中央領域エリア電極パッド13、14はAL、Cu層を設け、最表面にCVD法などによりAL、もしくはPd、Auなどを被覆形成する。これは最外周縁バンプ16、第1、第2の中央領域エリアバンプ17、18形成時の接合時の超音波、荷重や熱などの衝撃や組み立てられた後の接合信頼性を保つためである。
Outermost
図4(b)は電極パッド上にバンプを中央部領域よりも周縁部領域が大きくなるように形成する工程を示す。 FIG. 4B shows a process of forming bumps on the electrode pads so that the peripheral area is larger than the central area.
金スタッドであるバンプ最外周縁バンプ16、第1、第2の中央領域エリアバンプ17、18は、熱圧着・超音波方法のワイヤーボンダー設備によって、φ18μmからφ30μmの金線31を使用して、金線31先端に形成したボールを電極パッドに熱圧接することにより、金スタッドバンプの2段突起の下段部を形成し、さらにキャピラリ30を移動させることにより、形成した金線31のループをもたせ、2段突起の上段部を形成する。
Bump outermost
このときに、同一の金線径32を使用して、半導体チップ1平面内の最外周縁電極パッド12および第1、第2の中央領域エリア電極パッド13、14上に、最外周縁バンプ16、第1の中央領域エリアバンプ17、第2の中央領域エリアバンプ18のサイズが順に小さくなるように、つまり周縁部領域よりも中央部領域にいくほど小さくなるように、キャピラリ30より導出した金線31の先端に放電する電流値条件と放電時間を調整して異なる金ボールを生成し、異なるサイズの金スタッドバンプを形成する。金スタッドバンプと記した場合は、バンプ最外周縁バンプ16、第1、第2の中央領域エリアバンプ17、18を総称している。バンプは、金以外でもスタッドバンプ以外でもかまわない。
At this time, the outermost
図4(c)は、金スタッドバンプの頭頂をレベリング(平坦化)する工程を示す。図4(b)の工程直後では、同一サイズの金スタッドバンプでもバンプの高さは均一でなく、また、頭頂部の平坦性にも欠けているために、金スタッドバンプの2段突起頭頂部をレベリングツール33で加圧することで、高さの均一化ならびに頭頂部のレベリングを行う。ここで、半導体チップ1の平面内の周縁部領域の最外周縁電極パッド12上の最外周縁バンプ16と、中央部領域の第1、第2の中央領域エリアバンプ17、18をそれぞれ異なる高さ35、36、37でレベリングすることで、各々の金スタッドバンプの頭頂部を最適に平坦化できる。
FIG. 4C shows a step of leveling (flattening) the top of the gold stud bump. Immediately after the step of FIG. 4B, even if the gold stud bumps of the same size are used, the height of the bumps is not uniform, and the flatness of the top of the head is lacking. Is pressed with a leveling
図4(d)、(e)は半導体チップ1内に異なるサイズの金スタッドバンプを形成した平面図と頭頂部をレベリングした後の金スタッドバンプ38の断面図を示す。
4D and 4E show a plan view in which gold stud bumps of different sizes are formed in the
図5は本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法の一部を示す工程である。 FIG. 5 is a process showing a part of a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
図5(a)、(b)は半導体チップ1内に異なるサイズの最外周縁バンプ16、第1、第2の中央領域エリアバンプ17、18を形成した様子であり、A−A’断面の一部を示しており、最外周縁バンプ16、第1、第2の中央領域エリアバンプ17、18に接続用樹脂40を転写方法でバンプに被せた様子を示している。
5A and 5B show a state in which the outermost
図5(b)に示すように、接続用樹脂40をシャーレなど台の上に均一の厚みで準備しておき、金スタッドバンプに接続用樹脂40を転写方法でバンプに被せる。このとき、接続用樹脂40を異なるサイズの最外周縁バンプ16、第1、第2の中央領域エリアバンプ17、18に調整して被せることで良好に半導体チップ1とキャリア基板8を接続できる。
As shown in FIG. 5B, the connecting
図5(c)は接続用樹脂40を金スタッドバンプに被覆した状態の半導体チップ1をシート基板41(複数のキャリア基板8が集合したもの)の個々のキャリア基板8表面の配線パターン6に位置あわせして、フリップチップ接続する様子を示している。また、キャリア基板8の材質は複数層に配線層が積層されたセラミックからなり、各層間はタングステン層の配線パターン6が埋設されている。各層を繋ぐビア(電気的に接続する部分)はモリブデン材で電気的に導通される。半導体チップ1の最外周縁電極パッド12および第1、第2の中央領域エリア電極パッド13、14上の金スタッドバンプが接続される部分や外部端子9となる部分は10μmから30μm厚のタングステンの配線上に無電解めっきで数μm厚のNi、さらに0.1μmから0.8μm程度のAu層にめっきが施されている。
FIG. 5C shows the position of the
図5(d)はフリップチップ接続されたキャリア基板8の表面と半導体チップ1の表面との間隙に金スタッドバンプを覆うように封止樹脂用ノズル43で封止樹脂7を充填する工程を示している。
FIG. 5D shows a step of filling the sealing
図5(e)はシート基板41を切断ソー45で、個々のキャリア基板8に分離する工程の様子を示している。切断ソー45で個々のキャリア基板8に分離するには、シート基板41を治工具で固定し、切削水を噴射しながら20000rpmから50000rpmで回転させた切断ソー45で10mm/sから100mm/sで切断、分離する。切断ソー45の材料構成は砥石にあたる砥粒とそれらを接着するボンド材からなる。一般的には、砥粒はダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、GC、A、WA等の材質からなり、ボンド材は電着、電鋳等のニッケル等の金属をメッキしたもの、フリット、セラミック等を焼結したビトリファイド、フェノールレジン等の熱硬化性樹脂を焼結したレジン、または銅、すず等の各種メタルを用い焼結したメタル等の材質からなる。
FIG. 5E shows a state of the process of separating the
図6は本発明の他の実施形態における半導体装置の製造方法の一部を示す工程断面図である。 FIG. 6 is a process cross-sectional view showing a part of a method for manufacturing a semiconductor device in another embodiment of the present invention.
図4に示す実施形態と特に違う点は、異なるサイズの金スタッドバンプを熱圧着・超音波方法のワイヤーボンダー設備によって、それぞれφ18μmからφ30μmと異なる金線径47、48、49を持つ金線50と、それ用のキャピラリ51、52、53で、金線先端に異なるサイズの金ボール55、56、57を生成し、電極パッドに熱圧接することにより、異なるサイズの金スタッドバンプを形成する。以下は、図4と同等のため説明を省略する。
4 is different from the embodiment shown in FIG. 4 in that a
図7は、本発明の一実施形態における半導体装置の半導体チップにおいて、図7(a)に示す半導体チップ1の平面図で半導体チップ中央からの距離Dに対するバンプの熱膨張による伸びを示すグラフである(図7(b))。
FIG. 7 is a plan view of the
半導体装置の最周縁領域部に形成された最外周縁バンプ16のサイズが最周縁領域部よりチップ中央側の領域部に形成された第1、第2、第3の中央領域エリアバンプ17、18、19のサイズの1.1/mm倍以上になると、接続信頼性が大きく向上することの根拠を示すものである。
First, second, and third central region area bumps 17 and 18 are formed in the region of the outermost
バンプ接続信頼性を決定するバンプとキャリア基板の接続抵抗値は半導体チップ中央部分からの距離Dに比例する。例えば、セラミック製キャリア基板とバンプ接続を考えると、セラミック製キャリア基板の熱膨張係数は15ppm/℃、製造上280〜320℃の温度差があることから、バンプにかかる熱膨張による伸び量は15ppm/℃×(半導体チップ中央からの距離D)×280〜320℃となる。 The connection resistance value between the bump and the carrier substrate that determines the bump connection reliability is proportional to the distance D from the central portion of the semiconductor chip. For example, considering a ceramic carrier substrate and bump connection, the thermal expansion coefficient of the ceramic carrier substrate is 15 ppm / ° C., and since there is a temperature difference of 280 to 320 ° C. in production, the amount of elongation due to thermal expansion applied to the bump is 15 ppm. / ° C. × (distance D from the center of the semiconductor chip) × 280 to 320 ° C.
半導体チップ1のサイズと膨張率(膨張による伸び量)の相関簡略グラフを図7(a)に示す。図7(a)においては、半導体チップ1のサイズはその最終形態として、微細プロセス化、信頼性、生産効率などから半導体装置サイズの小型化の要望からも、ほとんどのシステムLSIの半導体チップ1のサイズは5mm×5mmから10mm×10mm以下、厚みは0.1mmから0.4mmの範囲となっている。このことから、半導体チップ中央からの距離Dは5mmまでで示している。また、電極パッドを形成する電極パッド列間隔は電極パッドサイズなどから考慮して、1mm間隔が現実的であることから横軸を1mm間隔で示した。電極パッドが隣接する列でもっとも伸び量差が大きいのは、半導体チップ1中央からの距離Dが4mmと5mmの場合であり、半導体チップ1中央からの距離が4mmの場合の最大値19.2umと、半導体チップ1中央からの距離が5mmの場合の最小値21.0umとの比率は1.1倍である。このことより、半導体チップ1のバンプ接続抵抗を均一にするようなバンプサイズを実現するために、バンプサイズを1.1倍/mmとした。
FIG. 7A shows a simplified correlation graph between the size of the
以上の構成の通り、本発明の半導体装置は、半導体装置をフリップチップ接続で構成している半導体チップ内における電極パッドおよびバンプの配置とサイズに関するものであり、半導体装置の充分なフリップチップ接続信頼性を確保する構造を有した半導体装置に関するものである。 As described above, the semiconductor device according to the present invention relates to the arrangement and size of the electrode pads and bumps in the semiconductor chip in which the semiconductor device is configured by flip chip connection, and sufficient flip chip connection reliability of the semiconductor device. The present invention relates to a semiconductor device having a structure for ensuring the performance.
本発明は、単体の半導体装置だけでなく、半導体装置を積層する場合も有効であり、電極パッドが複数列の枠状に形成され、そこにバンプを形成するようなすべての半導体装置に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is effective not only for a single semiconductor device but also for stacking semiconductor devices, and can be used for all semiconductor devices in which electrode pads are formed in a plurality of frames and bumps are formed there. It is.
1 半導体チップ
6 配線パターン
7 封止樹脂
8 キャリア基板
9 外部端子
12 最外周縁電極パッド
13 第1の中央領域エリア電極パッド
14 第2の中央領域エリア電極パッド
15 第3の中央領域エリア電極パッド
16 最外周縁バンプ
17 第1の中央領域エリアバンプ
18 第2の中央領域エリアバンプ
19 第3の中央領域エリアバンプ
30 キャピラリ
31 金線
DESCRIPTION OF
Claims (11)
より大きくすることにより行うことを特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造方法。 In the step of forming the size of the first bump larger than the size of the second bump, the first gold wire is derived from the first capillary to generate the first bump, and the second capillary is used to generate the second bump. 9. The semiconductor according to claim 8, wherein the second gold bump is generated by deriving the first gold wire, and the diameter of the first gold wire is made larger than the diameter of the second gold wire. Device manufacturing method.
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the first bump and the second bump are formed and then leveled at different heights.
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