JP2006120716A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】厚さを低減できる半導体装置を提供する。
【解決手段】この半導体装置は、半導体チップ２と、半導体チップ２の表面を覆うように形成された樹脂膜６と、半導体チップ２に接続され、樹脂膜６を厚さ方向に貫通するように設けられたポスト５とを備えている。ポスト５は、所定の平均粒径を有する銅粒子と、この銅粒子よりも平均粒径の小さな銀粒子とを含む。半導体チップ２の上記一方表面には、電極パッド３を含む再配置配線が形成されており、この電極パッド３にポスト５が接続されている。ポストの先端には、半田ボール９が接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、いわゆるウエハレベルＣＳＰなどのポストを有する半導体装置に関する。

ウエハレベルＣＳＰ(Chip Size Package)は、半導体チップにおいて回路が形成された活性面上に再配置配線、および封止用の樹脂膜が順に形成されてなる。再配置配線は、電極パッドを含んでおり、この電極パッド上に、樹脂膜を厚さ方向に貫通する銅（Ｃｕ）からなるポスト（柱状電極）が接続されている。ポストの長さは、樹脂膜の厚さとほぼ同じにされており、ポストの側面のほぼ全体が樹脂膜に覆われるようにされている。

ポストの先端には、半田ボールなどの接続材料が接続されており、この接続材料を介して、ポストを実装基板上の電極パッドに接続できるようになっている。
特開２０００−１８３０８９号公報 特開２０００−１８３０９０号公報

ところが、従来のウエハレベルＣＳＰは、ポストの長さを、たとえば、５０μｍ〜９０μｍ程度にしなければ、ポストに与えられる応力を緩和することができず、これよりポストを短くすると、ポストと半田ボールとの接続部やポストと半導体チップの電極パッドとの接続部が破断することがあった。
したがって、樹脂膜の厚さも５０μｍ〜９０μｍ程度にする必要があり、このため、ウエハレベルＣＳＰの厚さ（半導体チップと樹脂膜との積層方向の長さ）を低減することができなかった。

そこで、この発明の目的は、厚さを低減できる半導体装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、半導体チップ（２）と、この半導体チップの表面を覆うように形成された樹脂膜（６）と、上記半導体チップに接続され、上記樹脂膜を厚さ方向に貫通するように設けられ、所定の平均粒径を有する銅粒子（７）および当該銅粒子よりも平均粒径の小さな金属粒子（８）を含むポスト（５）とを含むことを特徴とする半導体装置（１）である。

なお、括弧内の数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、ポストは、所定の平均粒径を有する銅粒子と、この銅粒子よりも平均粒径が小さい金属粒子（以下、「微小金属粒子」という。）とを含んでいる。したがって、この半導体装置は、ポストに与えられる応力を、銅粒子間に介在している微小金属粒子で吸収することができる。

このため、この半導体装置のポストは、銅からなるポストより長さを短くしても、ポストに与えられる応力を緩和することができる。ポストの長さは、たとえば、１０μｍ程度とすることができる。したがって、ポストの側面を覆う樹脂膜の厚さも低減することができるから、半導体装置全体の厚さも低減できる。
上記金属粒子の平均粒径は、たとえば、請求項２記載のように、１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。

この場合、ポストに与えられる応力を効果的に緩和することができる。
上記金属粒子は、請求項３記載のように、銀粒子であってもよい。

以下では、この発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
この半導体装置１は、いわゆる、ウエハレベルＣＳＰであり、半導体チップ２を備えている。半導体チップ２において、回路が形成された活性面２ａ上には、電極パッド３を含む再配置配線が形成されている。電極パッド３は、たとえば、銅（Ｃｕ）からなる。再配置配線上には電極パッド３を露出させる開口４ａが形成されたパッシベーション膜４が形成されている。パッシベーション膜４上には、樹脂膜６が形成されている。

電極パッド３には、ポスト（たとえば、円柱状の柱状電極）５がほぼ垂直に接続されている。ポスト５は、パッシベーション膜４の開口４ａを通り、樹脂膜６をその厚さ方向に貫通している。ポスト５は、図２に示すように、所定の平均粒径を有する銅粒子７およびこの銅粒子７よりも平均粒径が小さい銀（Ａｇ）粒子８を含んでいる。顕微鏡等により測定した銅粒子７の平均粒径は、たとえば、１μｍ〜２０μｍ程度であり、電子顕微鏡等により測定した銀粒子８の平均粒径は、たとえば、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。銅粒子７や銀粒子８は、焼結していてもよい。

ポスト５は、樹脂膜６をその厚さ方向に貫通するように設けられている。ポスト５の先端（電極パッド３との接続部側と反対側）には、外部接続材料としての半田ボール９が接続されている。
この半導体装置１は、活性面２ａを実装基板に対向させたフェースダウン姿勢で実装基板に接続することができる。この際、半田ボール９を溶融および固化させて、ポスト５と実装基板の電極パッドとを接続することが可能である。

この半導体装置１は、ポスト５に与えられる応力を、ポスト５において銅粒子７間に介在している銀粒子８で吸収することができる。すなわち、ポスト５に応力が与えられると、銀粒子８を挟んで隣接する銅粒子７は、容易に相対的に移動することができる。このため、ポスト５と電極パッド３や半田ボール９との接続部には、大きな剪断応力がかからないので、ポスト５と電極パッド３や半田ボール９との接続部は破断されにくい。

このため、ポスト５の長さを長くして、ポスト５にかかる応力を分散させる必要はない。この半導体装置１は、ポスト５の長さを、たとえば、１０μｍ程度に短くしても、ポスト５と電極パッド３や半田ボール９との接続部が破断しないようにすることができる。したがって、ポスト５の側面を覆う樹脂膜６の厚さも低減することができるから、半導体装置１全体の厚さも低減できる。

この半導体装置１は、いわゆるウエハレベルＣＳＰ(Chip Size Package)であり、半導体チップ２に相当する領域を多数含む半導体ウエハ上で、回路の形成から半田ボール９の接続に至るまでのすべての工程が行われて製造される。
図３は、半導体装置１の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
複数の半導体チップ２が作り込まれた半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗの表面に、電極パッド３を露出させる開口４ａが形成されたパッシベーション膜４が形成され、さらに、開口４ａとほぼ同じ位置に開口４ａと連通する開口６ａが形成された樹脂膜６が形成される。図３において、隣接する半導体チップ３の境界Ｂを一点鎖線で示している。

次に、銅粉末、この銅粉末よりも平均粒径が小さい銀粉末、および樹脂や溶剤などの有機物を含むペースト１０が、たとえば、図３に示すようにスキージ１１を用いた印刷法により開口４ａ，６ａに埋め込まれる。
ペースト１０において、顕微鏡等により測定した銅粉末の平均粒径は、たとえば、１μｍ〜２０μｍ程度であり、電子顕微鏡等により測定した銀粉末の平均粒径は、たとえば、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。このようなペースト１０は、上記の平均粒径を有する銀粉末を含む銀ペーストに、銅粉末と、必要により樹脂や溶剤などの有機物を加えて混練することにより得られる。

その後、開口４ａ，６ａにペーストが埋め込まれたウエハＷが、適当な温度に加熱され、ペースト中の有機物が飛散されて、銅粒子７および銀粒子８を含むポスト５が形成される。上記平均粒径を有する銀粉末は、たとえば、１５０℃程度の低い温度でも容易に焼結する。
以上の工程を経たウエハＷから、半導体チップ２の個片を切り出すことにより、半導体装置１が得られる。このため、半導体装置１（パッケージ）の大きさは、半導体チップ２の大きさにほぼ等しい小さなものとなる。

本発明の実施形態の説明は以上の通りであるが、本発明は他の形態でも実施できる。たとえば、ポスト５は、所定の平均粒径を有する銅粉末およびこの銅粉末よりも平均粒径が小さい銀粉末を含む熱硬化型のペーストが硬化されてなるものであってもよい。すなわち、ポスト５は、熱硬化性の樹脂を含んでいてもよい。このような半導体装置は、上記と同様の製造方法において、上記熱硬化型のペーストを開口４ａ，６ａに埋め込んだ後、ウエハＷを適当な温度に加熱して、当該ペーストを硬化させることにより得られる。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の変更を施すことが可能である。

本発明の一実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。 ポストの組織を示す模式図である。 図１に示す半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。

符号の説明

１ 半導体装置
２ 半導体チップ
５ ポスト
６ 樹脂膜
７ 銅粒子
８ 銀粒子

Claims (3)

1. 半導体チップと、
   この半導体チップの表面を覆うように形成された樹脂膜と、
   上記半導体チップに接続され、上記樹脂膜を厚さ方向に貫通するように設けられ、所定の平均粒径を有する銅粒子および当該銅粒子よりも平均粒径の小さな金属粒子を含むポストとを含むことを特徴とする半導体装置。
2. 上記金属粒子の平均粒径が、１０ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 上記金属粒子は、銀粒子であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。

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