JP2007251222A

JP2007251222A - 半導体装置

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Publication number: JP2007251222A
Application number: JP2007179446A
Authority: JP
Inventors: Takuji Osumi; 卓史大角
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2007-07-09
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2022-11-18
Also published as: JP4607152B2

Abstract

【課題】熱応力の影響を抑制するため、所定の高さに形成された柱状電極を備えたＣＳＰ構造を有する半導体装置では、ＣＳＰ構造の配線を多層化する際には、柱状電極を低くして半導体装置の厚みの増加を抑えるか、半導体装置の厚みを増加して柱状電極の高さを確保するか、一長一短の選択をしなければならなかった。
【解決手段】２層目配線１２に、１層目配線７と２層目配線１２との間に介在する第２絶縁層１０に形成されたビアホール１５の部分の位置で、１層目配線７に接続する陥没部２０を形成し、柱状電極１４が、この陥没部７の底面部から植立するように構成し、第２絶縁層１０と２層目配線１２を覆うようにフィラ材を含まない最上絶縁層１６を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に多層化された配線構造を持つチップサイズパッケージ（以下、ＣＳＰ：ｃｈｉｐｓｉｚｅ（ｓｃａｌｅ）ｐａｃｋａｇｅと称す）構造に関するものである。

この種の半導体装置は、例えば、集積回路が形成された半導体基板の上層に、絶縁層を介して配線パターンが形成された１層目配線を形成し、その上に、更に絶縁層を介して配線パターンが形成された２層目配線を形成している。そして集積回路のＩ／Ｏパッドと１層目配線、及びこの１層目配線と２層目配線は、必要に応じてそれぞれ各絶縁層に形成されたビアホール（ｖｉａｈｏｌｅ）を介して電気的に接続される。

そして、最上層の配線（この場合２層目の配線）からは、柱状の柱状電極が植立するように形成され、この柱状電極の先端部には、外部の基板に電気的に接続される外部電極が形成されている。更にこの柱状電極が形成される層には、最上層の配線を覆う様に封止樹脂が充填され、この封止樹脂層から外部電極が突き出るように構成されている。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−９３９４５号公報（第８頁、図１２）

以上のように形成されたＣＳＰ構造を有する半導体装置では、ＣＳＰ構造を構成する柱状電極の先端部の外部電極が、はんだリフロー等によって外部の回路基板に電気的接続され、且つ回路基板に固定されることによって、外部回路基板に実装される。

このように実装することによって、その後に生じる半導体装置と外部回路基板との熱膨張係数の差から生じる熱応力は、柱状電極の塑性変形によって吸収され、回路基板と外部電極の接続部における熱疲労破壊や、ＣＳＰ構造内部の配線経路から集積回路への熱応力の物理的な影響を抑制することができる。従って、柱状電極の高さが高いほどその変形が容易となり、熱応力の影響に対する抑制効果は大きくなる。

しかしながら、前記したようにこの柱状電極は、最上層の配線から植立しているため、半導体装置の外形厚みを変えずに、この柱状電極をより長くすることは不可能であり、また、半導体装置の外形厚みを薄くしようとしたり、外形厚みを変えずに、ＣＳＰ構造の配線の多層化を進める場合には、柱状電極を逆に短くしなければならないという問題があった。

本発明の目的は、半導体装置の、所望の外形厚みと配線の層数を確保しつつ、必要な柱状電極の高さを確保することが可能な半導体装置を提供することにあり、更に、高さが異なる柱状電極が形成できることを利用して、熱応力に対する信頼性を向上することができる半導体装置を提供することにある。

参考例としての半導体装置は、複数の電極パッドが形成された半導体基板と、前記電極パッドと外部回路基板に接続される外部電極とを電気的に接続する配線であって、複数の層に形成された前記配線とを有する半導体装置において、
各層の前記配線間、及び最下層の前記配線と前記半導体基板間に介在して層間を絶縁する絶縁層と、前記絶縁層に形成されたビアホールの部分に位置して下層の前記配線又は前記電極パッドに接続する陥没部を有する前記各層の配線と、最上層の前記配線の前記陥没部に植立し、先端部に前記外部電極が形成された柱状電極と、前記最上層の配線の上部に形成され、前記柱状電極の先端部を露出するように形成された封止樹脂層と、前記封止樹脂層と前記最上層の配線間に、表面が略平面状に形成されたフィラ材を含まない最上絶縁層とを有することを特徴とする。

本発明による半導体装置は、複数の電極パッドが形成された半導体基板と、前記電極パッドと外部回路基板に接続される外部電極とを電気的に接続する配線であって、複数の層に形成された前記配線とを有する半導体装置において、
各層の前記配線間、及び最下層の前記配線と前記半導体基板間に介在して層間を絶縁する絶縁層と、前記絶縁層に形成されたビアホールの部分に位置して下層の前記配線又は前記電極パッドに接続する陥没部を有する前記各層の配線と、最上層の前記配線の前記陥没部に植立し、先端部に前記外部電極が形成された柱状電極と、前記最上層の配線の上部に形成され、前記柱状電極の先端部を露出するように形成された封止樹脂層と、前記各層の配線を形成するための電極として、前記各層の配線下に形成されたシード層とを有することを特徴とする。

また別の発明による半導体装置は、複数の電極パッドが形成された半導体基板と、前記電極パッドと外部回路基板に接続される外部電極とを電気的に接続する配線であって、複数の層に形成された前記配線とを有する半導体装置において、
各層の前記配線間、及び最下層の前記配線と前記半導体基板間に介在して層間を絶縁する絶縁層と、前記絶縁層に形成されたビアホールの部分に位置して下層の前記配線又は前記電極パッドに接続する陥没部を有する前記各層の配線と、最上層の前記配線の前記陥没部に植立し、先端部に前記外部電極が形成された柱状電極と、前記最上層の配線の上部に形成され、前記柱状電極の先端部を露出するように形成された封止樹脂層とを有し、
複数の前記柱状電極の内、前記外部電極が突出する前記半導体装置の熱応力の中立点からの距離を、それぞれＬ_１及びＬ_２とした任意の一対の柱状電極の高さをＨ_１及びＨ_２としたとき、Ｌ_１＜Ｌ_２のとき、Ｈ_１≦Ｈ_２が成り立つように前記柱状電極の高さを形成したことを特徴とする。

更に別の発明による半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に備えられた表面保護膜と、前記表面保護膜上に備えられた第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に備えられた第２の絶縁層と、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層の間に備えられた第１の配線と、前記第２の絶縁層及び前記第１の配線上に備えられ、前記第１の配線に接続する陥没部を有する第２の配線とを有することを特徴とする。

本発明の半導体装置によれば、最上層配線上に形成される柱状電極の高さを、半導体装置の外形厚みを変えずに高くすることができるので、その分、熱応力に対する柱状電極による抑制効果を高めることが可能となる。

また、高さの異なる柱状電極を形成することが可能となるので、取付面における柱状電極の配置を考慮することによって、熱応力に起因する不良が外周部に集中することが避けられ、装置全体の信頼性を向上することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の半導体装置による、実施の形態１のＣＳＰ構造の内部構成を示す部分断面図である。

半導体装置１の半導体基板２には、図示しない集積回路が形成されている。この半導体基板２上には、電極パッドに相当する集積回路の複数のＩ／Ｏパッド３（図１中には１つのみ示す）が形成され、更にこの半導体基板２上には、Ｉ／Ｏパッド３の表面部を除いて集積回路の表面保護膜４が形成されている。従って、これら半導体基板２、Ｉ／Ｏパッド３、及び表面保護膜４によって、通常の半導体集積回路の簡略化した断面を示している。

第１絶縁層５は、その上に形成される第１層配線経路のための絶縁層で、Ｉ／Ｏパッド３の表面部を除いて表面保護膜４を覆うように形成されている。シード層６は、１層目配線７を、第１絶縁層５及びＩ／Ｏパッド３上にメッキにより形成するための電極となる層で、配線形成後に配線パターンの下部を除いて除去される。

１層目配線７は、各配線パターン７ａ，７ｂ，…のうち、所定の配線パターン（例えば配線パターン７ｂ）に、第１絶縁層５の、各Ｉ／Ｏパッド３に対応する位置に形成されたビアホール８の位置で集積回路の各Ｉ／Ｏパッド３に電気的に接続される陥没部が形成されている。

第２絶縁層１０は、その上に形成される第２層配線経路のための絶縁層で、１層目配線７の後述する所定箇所を露出するビアホール１３，１５を除いて１層目配線７を覆うように形成されている。尚、これらのビアホールは、フォトリソによる現像工程で形成され、その周辺部がテーパ状に形成される。

シード層１１は、２層目配線１２を、第２絶縁層１０及びビアホールで露出された１層目配線７上にメッキにより形成するための電極となる層で、配線形成後に配線パターンの下部を除いて除去される。２層目配線１２は、各配線パターン１２ａ，１２ｂ，…の内、所定の配線パターンが、ビアホール１３，１５で陥没部２０を形成し、１層目配線７の所定の配線パターンに、個別に電気的に接続されている。

最上層配線である２層目配線１２の各配線パターン１２ａ，１２ｂ，…上の所定個所には、柱状電極１４がそれぞれ電気的に接続した状態で植立するように形成されている。この柱状電極１４は、例えばシード層１１を電極とするメッキ処理によって形成されるが、２層目配線１２の陥没部２０に形成する場合、１層目配線７に接する陥没部２０の底面部上に形成されるように処理される。従って、ビアホール１５は、柱状電極１４の断面部形状が、その穴の領域内に収まる程度に形成される。

２層目配線１２の上部には、２層目配線１２及び第２絶縁層１０の表面を全て覆い、且つ柱状電極１４の周囲に形成される凹部を均すように最上絶縁層１６が形成され、更にこの最上絶縁層１６の上層には、柱状電極１４の先端面が露出する程度の厚みを有する封止樹脂層１７が形成されている。各柱状電極１４の先端部には、この封止樹脂層１７の表面から露出した先端面に形成された柱状電極表面処理層１８を介して、外部電極１９が配設されている。

尚、配線を、以上のように２層或いはそれ以上の層数に形成することによって、１層配線の場合より、配線設計の自由度を増すことができる。また、図１では、２層目の配線パターン１２ａが１層目の配線パターン７ａ及び７ｂに接続し、１層目の配線パターン７ｂがＩ／Ｏパッド３に接続した構成を示しているが、これらの層間接続部は、配線設計に応じて適宜設けられるものである。

また、ここでいうＣＳＰ構造とは、第１絶縁層５から封止樹脂層１７までの柱状電極１４を含む配線層の構造を示している。

半導体装置１は、以上のように積層されたＣＳＰ構造を有しており、各層の素材、及びその働きについて更に以下に説明する。

半導体基板２上に形成された図示しない集積回路の入出力端子に相当するＩ／Ｏパッド３は、シード層６及び１層目配線７からなる第１層配線経路、シード層１１及び２層目配線１２からなる第２層配線経路、柱状電極１４、そして柱状電極表面処理層１８を介して外部電極１９に電気的に接続される。

以上の電気的接続経路の内、１層目配線７、２層目配線１２、及び柱状電極１４などの主な配線構造部分は、電気抵抗等を考慮して銅によって形成されている。１層目配線７と２層目配線１２のための各シード層６，１１は、複数層で形成される場合もある。

特に、最下層の１層目配線７のシード層６の場合、アルミ合金材料で形成されるＩ／Ｏパッド３と直接接するので、金属の相互拡散を防止する材料が用いられる。この場合、さまざまな金属材料の組合せがあるが、例えばクロム−銅、チタン−銅、ニッケルなどの複数層、或いは単層からなる。

集積回路表面の保護膜層である表面保護膜層４は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等で形成される。

第１絶縁層５は、１層目配線７下に形成される絶縁膜であり、後述するように、外部電極１９をはんだリフロー等によってプリント配線板等の外部回路基板に固定することによって、この半導体装置１を外部回路基板に実装した後に、柱状電極１４近傍に生じる応力が、強度的に比較的脆い表面保護膜４に直接及ばないようにしている。

第２絶縁層１０は、２層目配線１２下に形成される絶縁膜であり、１層目と２層目の各配線間の電気的な絶縁を維持する。最上絶縁層１６は、最上層の２層目配線１２及び第２絶縁層１０を被覆し、且つ柱状電極１４の周囲に形成され、後述する凹部を均すように形成された絶縁膜で、比較的粗い粒子であるフィラ材を含まない。

上記した第１、第２、及び最上の各絶縁層５，１０，１６は、その代表的な材料としてポリイミドがあるが、機械的な性質や電気的な性質、加工のし易さ等を考慮して、別の材料を選択してもよい。

柱状電極１４は、Ｉ／Ｏパッド３から外部電極１９に至る電気的な接続を維持する機能の他に、その可塑性によって、この半導体装置１を外部回路基板に固定して実装した際に、その後に、半導体装置１と外部回路基板との熱膨張係数の差から生じる熱応力を吸収する働きを有する。従って、この熱応力を吸収する能力は、柱状電極１４の高さが高いほど大きくなる。

封止樹脂層１７は、集積回路が形成された半導体基板２、１層目配線７及び２層目配線１２を含む積層部を保護する機能と、前記した熱応力に関わる接続の信頼性を向上させるべく柱状電極１４を支持する機能を持つ。本実施の形態１の半導体装置１では、この封止樹脂層１７の材料として、フィラ材を含むエポキシ樹脂を採用している。

外部電極１９は、半導体装置１を、プリント配線板等の外部回路基板に電気的に接続し且つ固定する際に、外部回路基板に直接接着される部分であり、この電極材料としてははんだリフローを可能とするはんだ材料が使用され、鉛フリーか、否かにかかわらず、錫を含むことが多い。

柱状電極表面処理層１８は、外部電極１９が、錫などのように、主として銅で形成される柱状電極１４と直接接合すると金属相互拡散を生じやすく、且つこの金属拡散部分が脆くなる性質をもつ場合、ハンダリフロー耐性を向上させるために挿入されるバリア層であり、例えばニッケルなどの材料で構成される。従って、この柱状電極表面処理層１８は、要求される信頼性の程度によっては必要とされない。

次に、柱状電極１４、２層目配線１２、及び１層目配線７の接続構造について詳しく説明する。

前記したように、柱状電極１４が形成される陥没部２０では、その底面部上に柱状電極１４が形成される。従って、この陥没部２０の底面部の領域を決めるビアホール１５の開孔形状は、その傾斜したテーパ部を除いても、柱状電極１４の断面形状が収まる形状に形成される。従って、形成された柱状電極１４の周囲には、この柱状電極の外周面と２層目配線１２の傾斜部とによって凹部が形成される。

フィラ材を含まない最上絶縁層１６は、この凹部に隈なく充填して均すと共に、最上層配線である２層目配線１２、及び第２絶縁層１０の表面を全て被覆するように形成される。

尚、本実施の形態１では、２層配線構造を例にして説明したが、それ以上の多層配線構造であっても、同じ様に各層間の絶縁膜のビアホールを重ねて形成し、柱状電極が形成される最上層配線の陥没部をより下層の配線上にまで落とし込むように形成し、柱状電極の高さを稼ぐことも可能である。

また、この落とし込みは、柱状電極１４の高さを稼ぐために行なうが、信頼性が確保できる程度に、熱応力を吸収するのに必要な高さが確保できればよく、それ以上の落とし込みを行なう必要はない。

以上のように、実施の形態１のＣＳＰ構造を有する半導体装置１によれば、最上層配線である２層目配線１２上に形成される柱状電極１４の高さを、半導体装置１の外形厚みを変えずに第２絶縁層１０の厚み分だけ高くすることができるので、その分、熱応力に対する柱状電極１４による抑制効果を高めることが可能となる。

また、最上絶縁層によって、封止樹脂層１７との密着傾向の異なる２層目配線１２と第２絶縁層１０、及び柱状電極１４の外周部に形成される凹部が均された状態で共に被覆される。これによって、その上に形成される、比較的大きな粒径のフィラ材を含むエポキシ樹脂からなる封止樹脂層１７のフィラ剤が凹部に入って空隙（ボイド）を形成することもなく、各部での密着度を均一に保つことができ、半導体装置の耐湿性を向上させることが可能となる。

実施の形態２．
図２は、本発明の半導体装置による、実施の形態２のＣＳＰ構造の内部構成を示す部分断面図である。

この実施の形態２のＣＳＰ構造を有する半導体装置３１が、図１に示す前記した実施の形態１の半導体装置１と主に異なる点は、柱状電極３５（図２）の一部の形状と、シード層３３の一部である。従って、本実施の形態２の半導体装置３１が実施の形態１の半導体装置１と同一、或いはそれに相当する部分には同符号を付して、或いは図面を省略してその説明を省略し、異なる点を重点的に説明する。

第２絶縁層３２は、その上に形成される第２層配線経路のための絶縁層で、１層目配線７の後述する所定個所を露出するビアホール１３，３７を除いて１層目配線７を覆うように形成されている。尚、これらのビアホールは、フォトリソによる現像工程で形成され、その周辺部がテーパ状に形成される。

シード層３３は、２層目配線３４を、第２絶縁層３２及びビアホールで露出された１層目配線７上にメッキにより形成するための電極となる層で、配線形成後に配線パターンの下部を除いて除去される。但し、この実施の形態２の半導体装置３１のシード層３３には、ビアホール３７の底面部において開口３３ａが形成されている。この開口３３ａの領域では、１層目配線７がメッキ処理時の電極として作用する。

以上のようにメッキ処理によって形成される２層目配線３４は、各配線パターン３４ａ，３４ｂ，…（図２には配線パターン３４ａのみ示す）の内、所定の配線パターンが、ビアホール１３，３７で陥没部３８を形成し、シード層３３の開口３３ａの領域では１層目配線７の所定の配線パターンに直接メッキされることとなり、シード層３３を介さずに、直接に電気的に接続されている。

尚、図２の部分断面図では、２層目の配線パターン３４ａと１層目の配線パターン７ａ，７ｂとの接続箇所のみを示している。

最上層配線である２層目配線３４の各配線パターン３４ａ，３４ｂ，…上の所定個所には、柱状電極３５がそれぞれ電気的に接続した状態で植立するように形成されている。この柱状電極３５は、例えばシード層３３（開口３３ａ部では１層目配線７）を電極とするメッキ処理によって形成されるが、２層目配線１２の陥没部３８に形成する場合、陥没部３８全体を覆う領域にわたって形成されるように処理される。従って、柱状電極３５は、その断面部形状が、陥没部３８の領域を少なくともカバーするように形成されている。

２層目配線１２及び第２絶縁層３２の上部には、直接これらを被覆し、且つ柱状電極３５の先端面が露出する程度の厚みを有する封止樹脂層３６が形成されている。各柱状電極３５の先端部には、この封止樹脂層３６の表面に露出した先端面に形成された柱状電極表面処理層１８を介して、外部電極１９が配設されている。

尚、配線を、以上のように２層或いはそれ以上の層数に形成することによって、１層配線の場合より、配線設計の自由度を増すことができる。また、図２では、２層目の配線パターン３４ａが１層目の配線パターン７ａ及び７ｂに接続し、１層目の配線パターン７ｂがＩ／Ｏパッド３に接続した構成を示しているが、これらの層間接続部は、配線設計に応じて適宜設けられるものである。

半導体装置３１は、以上の積層されたＣＳＰ構造を有しており、このうち、第２絶縁層３２、シード層３３、２層目配線３４、柱状電極３５、そして封止樹脂層３６の各素材及び働きについては、前記した実施の形態１の半導体装置１の第２絶縁層１０、シード層１１、２層目配線１２、柱状電極１４、そして封止樹脂層１７の各素材及び働きと共通する点が多く、この共通部分については説明を省略し、異なる部分の構成及び働きを重点的に更に以下に説明する。

前記したように、２層目配線３４の陥没部３８の底面部では、シード層３３に開口３３ａが形成され、２層目配線３４がこの開口３３ａの領域において１層目配線７に直接接続されている。

柱状電極３５は、メッキ処理により陥没部３８を覆うように形成されるが、この際に、例えば陥没部３８を底面部とする柱状空間が形成されるようにレジストを形成し、この柱状空間部に柱状電極３５が形成されるようにメッキ処理することによって、図２に示すように、柱状電極３５の断面部形状が、陥没部３８の領域をカバーするように形成される。

従って、この柱状電極３５の周囲には、図１の実施の形態１の半導体装置１の柱状電極１４の場合のように、柱状電極３５の外周面と２層目配線３３の傾斜部とによって凹部が形成されることがない。

このため、ビアホール３７は、所望の断面形状を有する柱状電極３５を形成するために、２層目配線３４の陥没部３８の落込み先端部３８ａの周形状が柱状電極３５の断面形状と略一致する程度となるように形成される。

封止樹脂層１７は、図１に示す実施の形態１の半導体装置１の場合の様に最上絶縁層１６を設けることなく、２層目配線３４及び第２絶縁層３２を直接被覆し、且つ柱状電極３５の先端面が露出する程度の厚みに形成される。

尚、本実施の形態２では、２層配線構造を例にして説明したが、それ以上の多層配線構造であっても、同じ様に各層間の絶縁膜のビアホールを重ねて形成し、柱状電極が形成される最上層配線の陥没部をより下層の配線上にまで落とし込むように形成して、柱状電極の高さを稼ぐことも可能である。

また、この落とし込みは、柱状電極３５の高さを稼ぐために行なうが、信頼性が確保できる程度に、熱応力を吸収するのに必要な高さが確保できればよく、それ以上の落とし込みを行なう必要はない。

また、本実施の形態２では、陥没部３８の柱状電極３５の周辺に空隙（ボイド）発生の要因となる凹部が形成されないため、本実施の形態１に示す最上絶縁層１６を形成することなく封止樹脂層３６を形成したが、密着傾向の異なる２層目配線３４と第２絶縁層３２との各密着状態を均一にするため、本実施の形態１に示す最上絶縁層１６と同様の絶縁層を設けても良い。

以上のように、実施の形態２のＣＳＰ構造を有する半導体装置３１によれば、実施の形態１と同様に、柱状電極３５の高さを、半導体装置３１の外形厚みを変えずに第２絶縁層３２の厚み分だけ高くすることができるので、その分、熱応力に対する柱状電極３５による抑制効果を高めることが可能となる。

また、実施の形態１のように、柱状電極３５の周辺に凹部が生じないため、この凹部を充填して均すための層（実施の形態１では最上絶縁層１６）が必要なく、構造が簡略化されると共に製造コストの点で有利となる。

更に、２層目配線３４と１層目配線７とが、比較的抵抗率の高いチタンやニッケル等で構成されるシード層３３を介することなく電気的に接続されるため、配線抵抗を低く抑えることができる。

実施の形態３．
本実施の形態３の半導体装置は、例えば図１に示す実施の形態１の半導体装置１おいて、２層目配線１２のためのシード層１１を、配線主材料と同じ、例えば銅で構成するものである。

１層目配線７のためのシード層６は、図示しない集積回路の、通常アルミ合金で形成されるＩ／Ｏパッド３と直接接するため、金属の相互拡散を防止する材料、例えばクロム、チタン、ニッケル、等の層を銅層の下に設けて多層構造とし、アルミ−銅間の、バリアと密着性を維持する。

しかしながら、２層目配線１２のためのシード層１１は、例えばポリイミドを材料とする第１絶縁層５の上に形成されるため、金属相互拡散が生じる恐れがなく、銅のみの１層で形成することができる。従って、上記した２層配線構造以上の多層配線構造とした場合にも、最下層の配線のためのシード層を除く全てのシード層を、配線主材料と同じ、例えば銅による１層構造とすることができる。

以上の、実施の形態３の半導体装置によれば、２層目以上のシード層を配線主材料と同じ銅層のみで形成するため、配線抵抗を低く抑えることができる。

実施の形態４．
図３は、本発明の半導体装置による、実施の形態３の構成を示す図で、同図（ａ）は、そのＣＳＰ構造の内部構成を模式的に示す部分断面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）の矢印Ａ方向から半導体装置を見た際の概略的な平面図である。

また、本発明の半導体装置４１が前記した実施の形態１の半導体装置１と主に異なる点は、配線層が３層構造になっている点と、形成される柱状電極が後述するように所定の条件を満たすように形成されている点である。従って、本発明の半導体装置４１が前記した図１に示す実施の形態１の半導体装置１と共通する部材には同符号を付して説明を省略し、異なる点を重点的に説明する。

図３（ａ）において、第３絶縁層４２のビアホール５０に形成された３層目の配線パターン４３ａの陥没部５１は、図示しないシード層を介して２層目の配線パターン１２ｇに接続しており、２層目の配線パターン１２ｇは、同じく図示しないシード層１１（図１参照）、１層目の配線パターン７ｇ及び図示しないシード層６（図１参照）を介して集積回路のＩ／Ｏパッド３に接続している。陥没部５１の底面部上には、その先端部が封止樹脂層１７から露出する程度の高さを有する柱状電極４５ｂが形成されている。

第３絶縁層４２のビアホール５２に形成された３層目の配線パターン４３ｂの陥没部は、図示しないシード層を介して２層目の配線パターン１２ｈに接続しており、ここでの陥没部は、３層目の配線パターン４３ｂと２層目の配線パターン１２ｈの接続部として形成される。この３層目の配線パターン４３ｂの第３絶縁層４２上の位置からは、同じく先端部が封止樹脂層１７から露出する程度の高さを有する柱状電極４５ｃが形成されている。

第２絶縁層１０のビアホール５３に形成された２層目の配線パターン１２ｉの陥没部は、図示しないシード層１１（図１参照）、及び１層目の配線パターン７ｈを介して集積回路のＩ／Ｏパッド３に接続している。第３絶縁層４２のビアホール５４は、第２絶縁層１０のビアホール５３と重なる位置に形成され、３層目の配線パターン４３ｃの陥没部５５は、図示しないシード層を介して２層目の配線パターン１２ｉの陥没部に重なるように接続しており、この陥没部５５の底面部上には、その先端部が封止樹脂層１７から露出する程度の高さを有する柱状電極４５ａが形成されている。

従って、図３（ａ）に示すように、柱状電極４５ｂは、その高さが、略第２絶縁層１０の厚み分だけ柱状電極４５ａより低く、更に柱状電極４５ｃは、その高さが、略第３絶縁層４２の厚み分だけ柱状電極４５ｂより低く形成される。

一方、図３（ｂ）は、以上のようにして形成され、高さの異なる多数の柱状電極４５が、半導体装置４１の取付面５６において分布している様子を概略的に示す平面図である。

同図において、＋で示す面中心６０からの距離が異なる一対の柱状電極４５（Ｌ_１）、４５（Ｌ_２）に対する外形中心６０からの距離をそれぞれＬ_１、Ｌ_２とし、各柱状電極４５（Ｌ_１）、４５（Ｌ_２）の高さをそれぞれＨ_１、Ｈ_２としたとき、
Ｌ_１＜Ｌ_２のとき、Ｈ_１≦Ｈ_２
となるように、即ち、半導体装置４１の中心部から外周に位置する柱状電極４５のほうが、より高い柱状電極４５が配置されるように形成されている。

図４は、本実施の形態４の半導体装置４１の特徴を説明するための説明図である。

同図に示すように、以上のようにして形成された半導体装置４１は、外部の回路基板６３上に、柱状電極４５の先端部に形成された外部電極１９が突出する取付面５６が対向する向きに配置され、ハンダリフロー等によって、個々の柱状電極４５が外部回路基板６３に固定されて実装される。尚、同図中の２は半導体基板であり、５７は複数層に配線が形成され、高さの異なる柱状電極４５が存在するＣＳＰ構造の配線層である。

前記したように、半導体装置４１は、図４に示すように外部回路基板６３に接続し、固定された際に、取付面５６の中央部に対して熱応力の影響をより大きく受けるその外周部に、より高い柱状電極４５を配置するように構成されている。

以上のように構成することによって、外部回路基板６３に半導体装置４１を実装した後に、半導体装置４１と外部回路基板６３との間に、熱膨張係数の差から生じる熱応力が生じた場合、取付面５６の中央部に対してその影響をより大きく受ける外周部において、より熱応力の抑制効果の高い柱状電極４５が対応することになる。

以上のよう構成された実施の形態４のＣＳＰ構造を有する半導体装置４１によれば、熱応力の影響が外周部に集中することなく全体に分散されるため、外周部に配置された外部電極１９と外部回路基板６３の接続部が先行して熱疲労破壊を起こすなど、熱応力に起因する不良が外周部に集中することが避けられ、装置全体の信頼性を向上することができる。

また、前記した特許請求の範囲、及び実施の形態の説明において、「上」、「下」といった言葉を使用したが、これらは便宜上であって、半導体装置を配置する状態における絶対的な位置関係を限定するものではない。

本発明の半導体装置による、実施の形態１のＣＳＰ構造の内部構成を示す部分断面図である。本発明の半導体装置による、実施の形態２のＣＳＰ構造の内部構成を示す部分断面図である。本発明の半導体装置による、実施の形態３の構成を示す図で、（ａ）は、そのＣＳＰ構造の内部構成を模式的に示す部分断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の矢印Ａ方向から半導体装置を見た際の概略的な平面図である。本実施の形態４の半導体装置４１の特徴を説明するための説明図である。

符号の説明

１半導体装置、２半導体基板、３Ｉ／Ｏパッド、４表面保護膜、５第１絶縁層、６シード層、７１層目配線、７ａ，７ｂ… 配線パターン、８ビアホール、１０第２絶縁層、１１シード層、１２２層目配線、１２ａ，１２ｂ，… 配線パターン、１３ビアホール、１４柱状電極、１５ビアホール、１６最上絶縁層、１７封止樹脂層、１８柱状電極表面処理層、１９外部電極、２０陥没部、３１半導体装置、３２第２絶縁層、３３シード層、３３ａ開口、３４２層目配線、３４ａ，３４ｂ，… 配線パターン、３５柱状電極、３６封止樹脂層、３７ビアホール、３８陥没部、３８ａ落込み先端部、４１半導体装置、４２第３絶縁層、４３３層目配線、４３ａ，４３ｂ，４３ｃ配線パターン、４５ａ，４５ｂ，４５ｃ柱状電極、５０ビアホール、５１，５５陥没部、５２，５３，５４ビアホール、５６取付面、５７配線層、６０面中心、６３外部回路基板。

Claims

複数の電極パッドが形成された半導体基板と、前記電極パッドと外部回路基板に接続される外部電極とを電気的に接続する配線であって、複数の層に形成された前記配線とを有する半導体装置において、
各層の前記配線間、及び最下層の前記配線と前記半導体基板間に介在して層間を絶縁する絶縁層と、
前記絶縁層に形成されたビアホールの部分に位置して下層の前記配線又は前記電極パッドに接続する陥没部を有する前記各層の配線と、
最上層の前記配線の前記陥没部に植立し、先端部に前記外部電極が形成された柱状電極と、
前記最上層の配線の上部に形成され、前記柱状電極の先端部を露出するように形成された封止樹脂層と、
前記各層の配線を形成するための電極として、前記各層の配線下に形成されたシード層と
を有することを特徴とする半導体装置。
前記シード層において、前記配線の陥没部の部分に開口を形成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記最下層の配線下に形成されたシード層を除く各シード層が、配線と同じ材料で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
複数の電極パッドが形成された半導体基板と、前記電極パッドと外部回路基板に接続される外部電極とを電気的に接続する配線であって、複数の層に形成された前記配線とを有する半導体装置において、
各層の前記配線間、及び最下層の前記配線と前記半導体基板間に介在して層間を絶縁する絶縁層と、
前記絶縁層に形成されたビアホールの部分に位置して下層の前記配線又は前記電極パッドに接続する陥没部を有する前記各層の配線と、
最上層の前記配線の前記陥没部に植立し、先端部に前記外部電極が形成された柱状電極と、
前記最上層の配線の上部に形成され、前記柱状電極の先端部を露出するように形成された封止樹脂層と
を有し、
複数の前記柱状電極の内、前記外部電極が突出する前記半導体装置の熱応力の中立点からの距離を、それぞれＬ_１及びＬ_２とした任意の一対の柱状電極の高さをＨ_１及びＨ_２としたとき、
Ｌ_１＜Ｌ_２のとき、Ｈ_１≦Ｈ_２
が成り立つように前記柱状電極の高さを形成したことを特徴とする半導体装置。
半導体基板と、
前記半導体基板上に備えられた表面保護膜と、
前記表面保護膜上に備えられた第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層上に備えられた第２の絶縁層と、
前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層の間に備えられた第１の配線と、
前記第２の絶縁層及び前記第１の配線上に備えられ、前記第１の配線に接続する陥没部を有する第２の配線と
を有することを特徴とする半導体装置。
前記第２の配線の前記陥没部上に備えられた柱状電極を有することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
前記第１及び第２の配線を形成するための電極として、前記第１及び第２の各配線下に形成されたシード層を有することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
前記シード層において、前記第２の配線の陥没部の部分に開口を形成したことを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
前記第１の配線下に形成されたシード層を除くシード層が、前記第１及び第２の各配線と同じ材料で形成されたことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。