JP2014179363A - Semiconductor chip, and semiconductor device comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体チップ及びこれを備える半導体装置に関し、特に、主面上にバンプ電極が設けられた半導体チップ及びこれを備える半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor chip and a semiconductor device including the semiconductor chip, and more particularly, to a semiconductor chip provided with a bump electrode on a main surface and a semiconductor device including the semiconductor chip.
多くの半導体装置は、半導体チップとこれを収容するパッケージによって構成されるが、このようなパッケージの一種として、フリップチップパッケージと呼ばれるパッケージが存在する(特許文献1参照)。フリップチップパッケージにおいては、リジッドな配線基板上に半導体チップがフリップチップ方式で搭載される。搭載される半導体チップは、フリップチップ接続を可能とするためその主面にあらかじめバンプ電極を形成しておく必要がある。 Many semiconductor devices include a semiconductor chip and a package that accommodates the semiconductor chip. As one type of such a package, there is a package called a flip chip package (see Patent Document 1). In the flip chip package, a semiconductor chip is mounted on a rigid wiring board by a flip chip method. A semiconductor chip to be mounted needs to have bump electrodes formed in advance on its main surface in order to enable flip chip connection.
しかしながら、シリコンなどからなる半導体チップと樹脂などからなる配線基板は互いに熱膨張率が大きく異なるため、温度が変化すると配線基板に反りが生じる。配線基板に反りが生じると、フリップチップ接続されたいくつかのバンプ電極が配線基板から剥がれてしまうおそれがある。このような現象を防止するためには、剥離が生じにくいよう各バンプ電極の形状やサイズを設計する方法が考えられるが、バンプ電極の形状やサイズは、電気的特性や配列ピッチなどによって制限されるため、全てのバンプ電極を剥離が生じにくい形状やサイズに設計することは困難である。 However, a semiconductor chip made of silicon or the like and a wiring board made of resin or the like have greatly different coefficients of thermal expansion, so that the wiring board warps when the temperature changes. When the wiring board is warped, some bump electrodes that are flip-chip connected may be peeled off from the wiring board. In order to prevent such a phenomenon, a method of designing the shape and size of each bump electrode so that separation is unlikely to occur can be considered, but the shape and size of the bump electrode is limited by electrical characteristics, arrangement pitch, etc. For this reason, it is difficult to design all the bump electrodes in a shape and size that are unlikely to peel off.
本発明の一側面による半導体チップは、主面の中央領域に配置された第1のバンプ電極と、前記主面の外周領域に配置され、前記第1のバンプ電極とは平面形状の異なる第2のバンプ電極と、を備えることを特徴とする。 A semiconductor chip according to an aspect of the present invention includes a first bump electrode disposed in a central region of a main surface and a second bump electrode disposed in an outer peripheral region of the main surface and having a planar shape different from that of the first bump electrode. And a bump electrode.
本発明の他の側面による半導体チップは、第1の方向に平行に延在する第1及び第2の辺と、前記第1の方向と交差する第2の方向に平行に延在する第3及び第4の辺とを有する主面と、前記主面上に設けられた複数の第1及び第2のバンプ電極と、を備え、前記複数の第1のバンプ電極は、前記第3の辺の前記第2の方向における略中央部と、前記第4の辺の前記第2の方向における略中央部との間において、前記第1の方向に配列され、前記複数の第2のバンプ電極は、前記第1又は第2の辺に沿って前記第1の方向に配列され、前記複数の第1のバンプ電極の平面形状は、前記複数の第2及び第3のバンプ電極の平面形状とは異なることを特徴とする。 A semiconductor chip according to another aspect of the present invention includes first and second sides extending in parallel to a first direction, and a third extending in parallel to a second direction intersecting the first direction. And a fourth surface, and a plurality of first and second bump electrodes provided on the main surface, wherein the plurality of first bump electrodes includes the third side. Between the substantially central portion in the second direction and the substantially central portion in the second direction of the fourth side, and the plurality of second bump electrodes are arranged in the first direction. The planar shapes of the plurality of first bump electrodes arranged in the first direction along the first or second side are the planar shapes of the plurality of second and third bump electrodes. It is characterized by being different.
本発明による半導体装置は、上記の半導体チップと、前記半導体チップが搭載された配線基板と、を備え、前記配線基板は、絶縁基材と、前記絶縁基材の一方の表面に設けられ前記第1のバンプ電極に接合された第1の接続電極と、前記絶縁基材の前記一方の表面に設けられ前記第2のバンプ電極に接合された第2の接続電極と、前記絶縁基材の他方の表面に設けられ少なくとも前記第1の接続電極に電気的に接続された複数の外部端子と、を含むことを特徴とする。 A semiconductor device according to the present invention includes the semiconductor chip described above and a wiring board on which the semiconductor chip is mounted. The wiring board is provided on one surface of the insulating base and the insulating base. A first connection electrode bonded to one bump electrode, a second connection electrode provided on the one surface of the insulating base material and bonded to the second bump electrode, and the other of the insulating base material And a plurality of external terminals electrically connected to at least the first connection electrode.
本発明によれば、主面上の形成位置によってバンプ電極の平面形状が相違していることから、求められる特性に応じてバンプ電極の平面形状を最適化することができる。 According to the present invention, since the planar shape of the bump electrode differs depending on the formation position on the main surface, the planar shape of the bump electrode can be optimized according to the required characteristics.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施形態による半導体装置10の構造を説明するための模式的な断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of a
図1に示すように、本実施形態による半導体装置10は、半導体チップ100と、半導体チップ100がフリップチップ実装された配線基板200とを備えている。半導体チップ100は、シリコン(Si)などからなる半導体基板上にトランジスタなどの素子が多数集積されてなる1チップのデバイスである。半導体チップ100の種類については特に限定されず、DRAM(Dynamic Random Access Memory)などのメモリ系デバイスであっても構わないし、CPU(Central Processing Unit)などのロジック系デバイスであっても構わないし、センサなどのアナログ系デバイスであっても構わない。
As shown in FIG. 1, the
配線基板200は、例えば0.2mm厚のガラスエポキシならなる絶縁基材210と、絶縁基材210の一方の表面210aに形成された接続電極220と、絶縁基材210の他方の表面210bに形成されたランドパターン230とを備える。接続電極220とランドパターン230とは、絶縁基材210に設けられた配線パターン240を介して相互に接続されている。配線パターン240は、絶縁基材210の一方又は他方の表面に形成されていても構わないし、絶縁基材210の内層に形成されていても構わない。絶縁基材210の一方及び他方の表面のうち、接続電極220やランドパターン230が形成されていない部分は、ソルダーレジスト250によって覆われている。接続電極220は、半導体チップ100に設けられたバンプ電極110が接合される電極である。また、ランドパターン230には、はんだボールからなる外部端子260が接続される。そして、配線基板200と半導体チップ100との間にはアンダーフィル270が充填され、さらに半導体チップ100を覆うように封止樹脂280が設けられる。
The
本実施形態においては、半導体チップ100に4種類のバンプ電極110が設けられている。1種類目のバンプ電極110aは、半導体チップ100の略中央領域に設けられており、配線パターン240を介して外部端子260に電気的に接続されている。2種類目のバンプ電極110bは、半導体チップ100の外周領域近傍に設けられており、配線パターン240を介して外部端子260に電気的に接続されている。3種類目のバンプ電極110cは、半導体チップ100の外周領域近傍に設けられているが、いずれの外部端子260にも電気的に接続されていない。4種類目のバンプ電極110dは、半導体チップ100の外周領域近傍に設けられたダミーのバンプ電極であり、いずれの外部端子260にも電気的に接続されていない。図1に示すように、バンプ電極110a〜110cの下地にはパッド電極120が設けられている一方、ダミーのバンプ電極110dに対応するパッド電極は設けられておらず、半導体チップ100の最表層を覆う保護膜130の上面に形成されている。
In the present embodiment, four types of
図2は、半導体チップ100に設けられたバンプ電極110のレイアウトを説明するための略平面図である。また、図3は、バンプ電極110の下地となるパッド電極120を示す略平面図である。図4は、図2に示すA−A'線に沿った略断面図である。
FIG. 2 is a schematic plan view for explaining the layout of the
図2に示すように、バンプ電極110aは、半導体チップ100のY方向における略中央部においてX方向に2列に配列されている。より具体的に説明すると、半導体チップ100の主面は、X方向に平行に延在する第1及び第2の辺L1,L2と、Y方向に平行に延在する第3及び第4の辺L3,L4とを有し、第1のバンプ電極110aは第3の辺L3のY方向における略中央部と、第4の辺L4のY方向における略中央部との間において、X方向に2列に配列されている。バンプ電極110aは、信号の入出力や外部電源電位の供給に用いられる。図2〜図4に示すように、バンプ電極110aに対応するパッド電極120aは、バンプ電極110aよりもやや平面サイズが大きい。
As shown in FIG. 2, the
一方、バンプ電極110b〜110dは、半導体チップ100の外周領域近傍に配列されている。つまり、バンプ電極110b〜110dは、第1及び第2の辺L1,L2に沿ってX方向に配列されている。バンプ電極110bは外部電源電位の供給に用いられ、バンプ電極110cは後述するブリッジ配線への接続に用いられる。図3及び図4に示すように、バンプ電極110b,110cに対応するパッド電極120b,120cは、対応するバンプ電極110b,110cよりもやや平面サイズが小さい。これらバンプ電極110b,110cは、上述した機能の他、半導体チップ100と配線基板200との接合強度を高める役割も果たす。
On the other hand, the
つまり、シリコンなどからなる半導体チップ100と樹脂などからなる配線基板200は互いに熱膨張率が大きく異なるため、温度が変化すると配線基板200に反りが生じ、配線基板200から半導体チップ100が剥がれてしまうおそれがある。このような現象を防止すべく、剥がれが生じやすい半導体チップ100の外周領域近傍にバンプ電極110b,110cを配置することによって、両者間の接合強度を高めている。尚、ダミーのバンプ電極110dは、専ら接合強度を高める目的で用いられている。したがって、図3及び図4に示すように、ダミーのバンプ電極110dに対応するパッド電極は不要である。
That is, the
図5はバンプ電極110a〜110cの形状を説明するための略平面図であり、図6は図5に示すB−B'線に沿った略断面図である。
FIG. 5 is a schematic plan view for explaining the shapes of the
図5に示すように、バンプ電極110aの平面形状は四角形であるのに対し、バンプ電極110b,110cの平面形状は円形である。図示しないが、ダミーのバンプ電極110dについても平面形状は円形である。ここで、バンプ電極110aの一辺の長さと、バンプ電極110b,110cの直径はほぼ等しくなるよう設計されている。このため、半導体チップ100の主面と平行な方向における断面積は、バンプ電極110b,110cよりもバンプ電極110aの方が大きい。このことは、所定の間隔(ピッチ)で配置されている四角形のバンプ電極110aを、バンプ電極110b、110cよりも最密且つ低抵抗で配置できることを意味している。
As shown in FIG. 5, the planar shape of the
また、バンプ電極110aに対応するパッド電極120aの平面形状も四角形であり、そのサイズはバンプ電極110aよりもやや大きい。このため、パッド電極120aの外周部分はバンプ電極110aには覆われていない。これに対し、バンプ電極110b,110cに対応するパッド電極120b,120cの平面形状は四角形であるが、そのサイズはバンプ電極110b,110cよりも小さい。このため、パッド電極120b,120cは全面がバンプ電極110b,110cによって覆われた状態である。以上の構成により、バンプ電極110aとパッド電極120aとの接触抵抗は、バンプ電極110b,110cとパッド電極120b,120cとの接触抵抗よりも低くなるため、パッド電極120aを介した信号の送受信や電源の供給を低抵抗に行うことができる。
Further, the planar shape of the
パッド電極120aの面積が大きく設計されている一つの理由は、ウェハ状態でのテストを行うためにテスタのプローブを接触可能とするためである。これに対し、パッド電極120b,120cは、ウェハ状態でのテストにおいてプローブを接触させることがないため、その面積が小さく設計されている。また、図3に示すように、パッド電極120b,120cはパッドエリアではない半導体チップ100の外周領域近傍に配置されており、当該配線層に大面積のパッドを確保することが困難であるという理由も存在する。
One reason that the area of the
上述の通り、バンプ電極110aの平面形状は四角形であるのに対し、バンプ電極110b〜110dの平面形状は円形である。バンプ電極110aの平面形状が四角形である理由は、複数のバンプ電極110aを所定のピッチで配列した場合、半導体チップ100の主面と平行な方向における断面積を最大とすることができるからである。これにより、バンプ電極110aを介した信号の送受信や電源の供給を低抵抗に行うことが可能となる。これに対し、バンプ電極110b〜110dの平面形状が円形である理由は、接合強度を高めるためである。つまり、バンプ電極110b〜110dの平面形状が四角形であると、配線基板200に反りが生じた場合、バンプ電極の角の部分に応力が集中し、ここから剥がれが生じやすくなってしまう。これに対し、バンプ電極110b〜110dの平面形状を円形とすれば、特定の箇所に応力が集中しないことから、配線基板200に反りが生じた場合であっても剥がれが生じにくくなる。このような理由から、バンプ電極110a〜110dの平面形状を上記の通りに設計しているのである。尚、バンプ電極110b〜110dの平面形状については円形に限られず、応力集中が生じにくい形状であれば、いずれの形状であっても好ましい。例えば、正六角形や正八角形のように内角がいずれも鈍角である多角形もまた好ましい。
As described above, the planar shape of the
次に、バンプ電極110の断面形状について説明する。図6に示すように、バンプ電極110a〜110cは、パッド電極120a〜120cと接するUBM(アンダーバリアメタル)層111と、UBM層111上に立設されたピラー部112と、ピラー部112の上端面112aに設けられたはんだ層113とを有する。UBM層111は例えばTiとCuの積層膜からなり、ピラー部112は例えばCuからなる。図6に示すバンプ電極110a〜110cは四角柱状又は円柱状であり、したがって、ピラー部112の上端面112aと側面112bとが成す角はほぼ直角である。図示しないが、ダミーのバンプ電極110dについては、対応するパッド電極120が存在しない他は、図6に示したバンプ電極110a〜110cと同様の構造を有している。
Next, the cross-sectional shape of the
なお、バンプ電極110a、110b、110c、110dのピラー部112をメッキで作る場合には、これらが同時に形成されるため、パッド電極120a、120b、120c上に形成されるバンプ電極110a、110b、110cのピラー部112の上端面112aよりも絶縁膜バンプ電極110dのピラー部112の上端面112aの位置が高くなる。この場合、バンプ電極110dのピラー部112は他のバンプ電極110a、110b、110cのピラー部112に対してその直径が小さくなるように形成される。バンプ電極110dのピラー部112の直径が小さく形成されることによって、ピラー部112の上端面aの面積が他のバンプ電極110a、110b、110cのピラー部112の上端部aの面積よりも小さくなり、この上に形成される半田バンプのリフロー後の高さが低くなり、ピラー部112の高さを吸収することができるからである。これによって、リフロー後のはんだ層113を含むバンプ電極110a、110b、110c、110dの高さは略同一となる。
In addition, when making the
図7は、改良されたバンプ電極110Xの形状を示す略断面図である。図7に示すバンプ電極110Xは断面が逆台形状であり、したがって、ピラー部112の上端面112aと側面112bとが成す角が鋭角とされている。このような形状を有するバンプ電極110Xを用いれば、半導体チップ100を配線基板200にフリップチップ接続する際、リフローにより溶融したはんだ層113がピラー部112の側面112bに回り込みにくくなる。溶融したはんだ層113は、表面張力によって図8に示すように半球形に変形するが、はんだ層113の厚みが厚い場合、溶融したはんだ層113がピラー部112の上端面112aからこぼれ、側面112bに回り込むことがある。しかしながら、上端面112aと側面112bとが成す角を鋭角としておけば、このようなはんだ層113の回り込みが生じにくくなるため、はんだ層113のこぼれによる接続不良やショート不良を防止することができる。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the shape of the improved bump electrode 110X. The bump electrode 110X shown in FIG. 7 has an inverted trapezoidal cross section, and therefore the angle formed by the
尚、上記の効果を得るためには、ピラー部112の側面112bが全体的に傾斜している必要はなく、図9に示すように、側面112bのうち上端面112aと接する上部のみが傾斜し、その他の部分は垂直であっても構わない。或いは、図10に示すように、側面112bのうち上端面112aと接する上部については上方へ向かうほど径が拡大する方向に傾斜し、側面112bのうちUBM層111と接する下部については下方へ向かうほど径が拡大する方向に傾斜するスピンドル形状であっても構わない。要するに、ピラー部112の上端面112aと、これに接する部分における側面112bとが成す角が鋭角であれば足りる。
In order to obtain the above effect, the
図11は、絶縁基材210の一方の表面210aに形成された導電パターンを説明するための略平面図である。図11に示す破線100Xは、半導体チップ100の搭載エリアである。
FIG. 11 is a schematic plan view for explaining a conductive pattern formed on one
図11に示すように、絶縁基材210の一方の表面210aには、複数の接続電極220と、複数の配線パターン240と、2つのブリッジ配線290とが設けられている。より具体的に説明すると、接続電極220のうち、バンプ電極110aに接合される接続電極220aは、配線パターン240を介してスルーホール導体221に接続されている。スルーホール導体221は、絶縁基材210を貫通して設けられた導体であり、絶縁基材210の他方の表面210bに設けられたランドパターン230及び外部端子260に接続される。
As shown in FIG. 11, a plurality of
図12は、絶縁基材210の他方の表面210bに設けられた外部端子260のレイアウトの一例を示す図である。図12に示すように、絶縁基材210の他方の表面210bには、スルーホール導体221とランドパターン230(外部端子260)とを接続する配線パターン240が設けられている。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the layout of the
図11に戻って、接続電極220のうち、バンプ電極110cに接合される接続電極220cは、ブリッジ配線290を介して共通接続されている。ブリッジ配線290は、他の配線パターン240に接続されておらず、したがって、いずれの外部端子260にも接続されない。このようなブリッジ配線290により、複数のバンプ電極110cは互いに電気的に短絡されることになる。
Returning to FIG. 11, of the
尚、バンプ電極110bやダミーのバンプ電極110dについては、絶縁基材210の一方の表面210aに設けられた大面積の電源パターン241に直接接続される。
The
図13は、半導体チップ100と配線基板200との接続関係を説明するための模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram for explaining a connection relationship between the
図13に示すように、半導体チップ100には内部電源電位VINTを生成する内部電圧生成回路140が含まれている。内部電圧生成回路140は、外部端子260を介して供給される外部電源電位VDD,VSSを受け、これに基づいて内部電源電位VINTを生成する。内部電源電位VINTは、半導体チップ100の内部で生成される電位であり外部からは供給されないため、内部電源電位VINTを使用する回路の負荷に基づいて内部電圧生成回路140の能力が設計されている。しかしながら、内部電源電位VINTを使用する回路が半導体チップ100内において分散配置されていたり、非常の多くの回路において内部電源電位VINTを使用したりするケースでは、半導体チップ100内の平面位置によって内部電源電位VINTの電位低下が大きくなることがある。このような電位低下は、半導体チップ100内の電源配線網をメッシュ状に構築することによってできる限り低減されるよう設計されるが、高速化や高機能化が進んだ半導体チップ100においては、電位低下を十分に抑制できないことがある。
As shown in FIG. 13, the
本実施形態では、このような内部電源電位VINTを供給する配線をブリッジ配線290によってバイパスしている。つまり、半導体チップ100内の電源配線網だけでなく、配線基板200に設けられたブリッジ配線290を追加的に用いることにより、内部電源電位VINTを供給する配線のインピーダンスを低下させている。しかも、ブリッジ配線290は配線基板200側に設けられる配線であることから、その膜厚は半導体チップ100の内部に設けられる配線に比べて非常に厚い。このため、ブリッジ配線290は非常に低抵抗であり、このようなブリッジ配線290を用いて内部電源電位VINTを供給する配線をバイパスさせることにより、内部電源電位VINTの電位低下を大幅に低減することが可能となる。
In the present embodiment, the wiring for supplying such an internal power supply potential VINT is bypassed by the
但し、本発明においてブリッジ配線290を用いてバイパスする配線は、内部電源電位VINTを供給する配線に限定されない。例えば、図14に示すように、半導体チップ100の内部において外部電源電位VSSを供給する配線をバンプ電極110cに接続し、これにより当該配線をブリッジ配線290によってバイパスすることも可能である。これは、例えば電源ノイズの影響を受けやすい回路150Aが分散配置されている一方、電源ノイズの発生源となりうる回路150Bが存在する場合に、各回路150Aの近傍において電源配線をバンプ電極110cに接続し、これにより複数の回路150A間において電源配線をバイパスさせれば、ノイズの影響を低減することが可能となる。
However, the wiring bypassed using the
次に、バンプ電極110の作製工程について説明する。
Next, a manufacturing process of the
図15(a)〜(d)及び図16(a)〜(c)は、バンプ電極110a,110cの作製工程を説明するための工程図である。
FIGS. 15A to 15D and FIGS. 16A to 16C are process diagrams for explaining a manufacturing process of the
まず、図15(a)に示すように、半導体チップ100に含まれる最上層の配線層をパターニングすることにより、パッド電極120a,120cを形成する。パッド電極120a,120cの材料としては、アルミニウムを用いることが好ましい。その後、パッド電極120a,120cの一部が露出するよう、これらをパッシベーション膜やポリイミド膜で構成される保護膜130で覆う。パッド電極120aとパッド電極120cのサイズが異なっている理由は、既に説明したとおり、テスタのプローブを接触させる必要があるか否かの違いによる。プローブを用いたテストは、図15(a)に示す状態で行われる。
First, as shown in FIG. 15A, the uppermost wiring layer included in the
次に、図15(b)に示すように、全面にUBM層111を形成する。UBM層111の形成は、Ti及びCuをこの順にスパッタリングすることにより行うことができる。次に図15(c)に示すように、UBM層111の表面にレジスト膜160を形成する。レジスト膜160の厚さについては特に限定されないが、例えば20μm程度である。
Next, as shown in FIG. 15B, the
次に、図15(d)に示すように、所定のパターンを有する開口が形成されたマスクMを半導体チップ100上に配置し、露光及び現像を行うことで、レジスト膜160に開口部160a,160cを形成する。ここではポジ型レジストを想定して図示しているが、ネガ型レジストでも構わない。開口部160a,160cは、バンプ電極110a,110cを形成すべき位置に設けられる。図15(d)に示す例では、開口部160a,160cの内壁がほぼ垂直であるが、露光時におけるフォーカス位置の調整などによって、開口部160a,160cの内壁を傾斜させることも可能である。
Next, as shown in FIG. 15D, a mask M in which an opening having a predetermined pattern is formed is placed on the
次に、図16(a)に示すように、電気めっきを行うことによって開口部160a,160cにて露出しているUBM層111上にピラー部112及びはんだ層113を形成する。そして、図16(b)に示すようにレジスト膜160を除去した後、図16(c)に示すようにピラー部112に覆われていない部分のUBM層111を除去することにより、バンプ電極110a,110cが完成する。尚、フォーカス位置の調整などによって開口部160a,160cの内壁を傾斜させた場合、バンプ電極110a,110cの断面形状もこれを反映した形状となり、図7〜図10に示したバンプ電極110Xを作製することが可能となる。
Next, as shown in FIG. 16A, the
尚、上記の説明ではバンプ電極110a,110cを同時に形成しているが、他のバンプ電極110b,110dについてもこれらと同時に形成されることは言うまでもない。既に説明したとおり、ダミーのバンプ電極110dは対応するパッド電極120が存在しないため、保護膜130の上に形成される。これらのバンプ電極110a〜110dを形成した後、半導体チップ100を所定温度、例えば240℃程度でリフローするとはんだ層113が溶融し、表面張力によってはんだ層113が半球形となる。
In the above description, the
尚、以上の工程は、個々の半導体チップ100に対して行っても構わないが、通常は、ウェハ状態で多数の半導体チップ100に対して一括して行われる。そして、上記の工程が終了した後、ウェハをダイシングすることによって半導体チップ100が個片化される。個片化された半導体チップ100は、次に説明するように配線基板200にフリップチップ実装される。
The above process may be performed on each
図17(a)〜図17(e)は、配線基板200に半導体チップ100をフリップチップ実装する工程を説明するための工程図である。
FIG. 17A to FIG. 17E are process diagrams for explaining a process of flip-chip mounting the
まず、図17(a)に示すように、複数の半導体チップ100を搭載可能な大面積の絶縁基材210Xを用意し、その両面に接続電極220、ランドパターン230及びソルダーレジスト250等を形成する。尚、図17(a)に示す破線Dは、その後の工程で切断されるダイシングラインである。次に、図17(b)に示すように、絶縁基材210の表面に定義された搭載領域に半導体チップ100をフリップチップボンディングによって接合する。
First, as shown in FIG. 17A, a large-area
フリップチップボンディングは、半導体チップ100に設けられたバンプ電極110と絶縁基材210に設けられた接続電極220とが接合するよう、位置合わせされた状態で行う。具体的には、半導体チップ100の裏面を図示しないボンディングツールで吸着保持し、240℃程度の高温で荷重を印加しながら、バンプ電極110と接続電極220とを接合させる。その後、配線基板200と半導体チップ100との間の隙間に、アンダーフィル270を充填する。アンダーフィル270は、例えば図示しないディスペンサー等により半導体チップ100の端部近傍位置に供給することで、供給されたアンダーフィル材が毛細管現象により配線基板200と半導体チップ100との間の隙間に充填される。
The flip chip bonding is performed in a state in which the
アンダーフィル270を充填した後、所定の温度、例えば150℃程度でキュアすることにより、アンダーフィル270が硬化され、図17(b)に示すようなフィレットが形成される。尚、アンダーフィル270の代わりに、NCP(Non Conductive Paste)を用いても構わない。
After the
次に、図17(c)に示すように、半導体チップ100が埋め込まれるよう配線基板200の全面を封止樹脂280で覆った後、図17(d)に示すように、ランドパターン230上にはんだボールからなる外部端子260を搭載する。そして、図17(e)に示すように、ダイシングラインDに沿って配線基板200を切断すれば、複数の半導体装置10を多数個取りすることができる。
Next, as shown in FIG. 17C, the entire surface of the
なお、上記では、予めアンダーフィル270によって配線基板200と半導体チップ100との間の隙間を充填するものについて説明したが、モールドアンダーフィル(MUF)等の技術を使い、モールド時に当該隙間を充填する技術を用いても良い。
In the above description, the
以上説明したように、本実施形態による半導体装置10は、半導体チップ100の主面の中央領域に配置されたバンプ電極110aの平面形状が四角形であり、半導体チップ100の主面の外周領域に配置されたバンプ電極110b〜110dの平面形状が円形であることから、電気特性を維持しつつ半導体チップ100と配線基板200との接合強度を高めることが可能となる。
As described above, in the
しかも、本実施形態による半導体装置10では、配線基板200にブリッジ配線290が設けられていることから、半導体チップ100に設けられた複数のパッド電極120cがブリッジ配線290によってバイパスされる。これにより、パッド電極120cに接続される任意の配線、例えば、内部電源電位が供給される配線のインピーダンスを大幅に低下させることが可能となる。
Moreover, in the
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図18は、第2の実施形態にて用いる半導体チップ100aの構造を説明するための略断面図である。
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of the
図18に示すように、本実施形態にて用いる半導体チップ100aにおいては、バンプ電極110b,110cの下地にそれぞれ2つの微小なパッド電極120b,120cが割り当てられている。その他の点については、第1の実施形態にて用いる半導体チップ100と同じであることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、本実施形態において用いる配線基板200は、第1の実施形態と同じである。
As shown in FIG. 18, in the
図19はバンプ電極110a〜110cの形状を説明するための略平面図であり、図20は図19に示すC−C'線に沿った略断面図である。
FIG. 19 is a schematic plan view for explaining the shapes of the
図19及び図20に示すように、バンプ電極110a,110b,110cの平面形状は第1の実施形態と同じである。しかしながら、バンプ電極110aに対応するパッド電極120aがそれぞれ1個であるのに対し、バンプ電極110b,110cに対応するパッド電極120b,120cはそれぞれ2個である。これら2個のパッド電極120b,120cは、それぞれ対応するバンプ電極110b,110cに覆われている。
As shown in FIGS. 19 and 20, the planar shapes of the
図21は、パッド電極120bと最上層の配線層との関係の第1の例を説明するための模式的な平面図である。
FIG. 21 is a schematic plan view for explaining a first example of the relationship between the
図21に示す例では、最上層の配線層にX方向へ延在する電源配線411〜413が設けられている。このうち、電源配線411,413は電源電位VDDが与えられる配線であり、電源配線412は接地電位VSSが与えられる配線である。このように、電源電位VDDが与えられる配線と接地電位VSSが与えられる配線とは、交互に配置されることが多い。
In the example shown in FIG. 21, power wirings 411 to 413 extending in the X direction are provided in the uppermost wiring layer. Among these, the
そして、図21に示す例では、電源配線412の一部が2箇所のパッド電極120bとして用いられる。これら2つのパッド電極120bは、電源配線412に沿ってX方向に配列されている。電源配線412は、パッド電極120bに相当する箇所において特に配線幅が拡大されておらず、したがって、パッド電極120bによって他の電源配線411,413が圧迫されることはない。しかも、1つのバンプ電極110bに対して2つのパッド電極120bが割り当てられていることから、パッド電極120bの平面サイズが微小であっても、接続抵抗を低減することが可能となる。
In the example shown in FIG. 21, a part of the
図22は、パッド電極120bと最上層の配線層との関係の第2の例を説明するための模式的な平面図である。
FIG. 22 is a schematic plan view for explaining a second example of the relationship between the
図22に示す例では、最上層の配線層にX方向へ延在する電源配線421〜423が設けられている。このうち、電源配線421,423は接地電位VSSが与えられる配線であり、電源配線422は電源電位VDDが与えられる配線である。このように、本例においても、電源電位VDDが与えられる配線と接地電位VSSが与えられる配線とが交互に配置されている。
In the example shown in FIG. 22, power supply wirings 421 to 423 extending in the X direction are provided in the uppermost wiring layer. Among these, the
そして、図22に示す例では、電源配線421の一部と電源配線423の一部がそれぞれパッド電極120bとして用いられる。これら2つのパッド電極120bは、電源配線422を跨ぐようにY方向に配列されている。電源配線421,423は、パッド電極120bに相当する箇所において特に配線幅が拡大されておらず、したがって、パッド電極120bによって他の電源配線422が圧迫されることはない。本例においては、異なる2つの電源配線421,423に対して1つのバンプ電極110bが割り当てることができる。ここで、異なる2つの電源配線421,423とは、同電位が与えられる配線であるものの、当該最上層の配線層においては互いに分離して形成された配線である。したがって、より下層に位置する他の配線層においてこれらは短絡されている。
In the example shown in FIG. 22, a part of the
このように、本実施形態によれば、1つのバンプ電極110bに対して2つのパッド電極120bを割り当てていることから、パッド電極120bの平面サイズが微小であっても接続抵抗を低抵抗化することができる。また、図22に示す例のように、異なる2つの配線に対して1つのバンプ電極110bを割り当てることも可能となる。
Thus, according to this embodiment, since the two
尚、図21及び図22においては、バンプ電極110bとパッド電極120bとの関係について説明したが、バンプ電極110cとパッド電極120cとの関係についても同様である。
21 and 22, the relationship between the
このように、本実施形態においては、上述した第1の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、1つのバンプ電極110b,110cに対して2つのパッド電極120b,120cを割り当てていることから、これらパッド電極120b,120cの平面サイズが微小であっても接続抵抗を低抵抗化することができる。
As described above, in this embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained, and two
尚、本実施形態では、バンプ電極110b,110cにそれぞれ2個のパッド電極120b,120cを割り当てているが、3個以上のパッド電極120b,120cを割り当てても構わない。また、全てのバンプ電極110b,110cに複数のパッド電極120b,120cを割り当てることは必須でなく、一部のバンプ電極110b,110cにのみ複数のパッド電極120b,120cを割り当てても構わない。
In this embodiment, two
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.
例えば、上記実施形態では、ブリッジ配線290を介して複数のパッド電極120cを短絡させているが、本発明においてこのようなブリッジ配線290を設けることは必須でない。
For example, in the above-described embodiment, the plurality of
また、上記実施形態では、半導体チップ100の主面の外周領域に3種類のバンプ電極110b〜110dを配置しているが、本発明においてこの点は必須でない。したがって、半導体チップ100の主面の外周領域にダミーのバンプ電極110dのみを配置しても構わない。
Moreover, in the said embodiment, although 3 types of
10 半導体装置
100 半導体チップ
100X 半導体チップの搭載領域
110a〜110d,110X バンプ電極
111 UBM層
112 ピラー部
112a ピラー部の上端面
112b ピラー部の側面
113 はんだ層
120a〜120c パッド電極
130 保護膜
140 内部電圧生成回路
150A,150B 回路
160 レジスト膜
160a,160c 開口部
170a〜170d 裏面バンプ
200 配線基板
210,210X 絶縁基材
210a 絶縁基材の一方の表面
210b 絶縁基材の他方の表面
220a,220c 接続電極
221 スルーホール導体
230 ランドパターン
240 配線パターン
241 電源パターン
250 ソルダーレジスト
260 外部端子
270 アンダーフィル
280 封止樹脂
290 ブリッジ配線
411〜413,421〜423 電源配線
D ダイシングライン
M マスク
TP テスト用パッド
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記主面の外周領域に配置され、前記第1のバンプ電極とは平面形状の異なる第2のバンプ電極と、を備えることを特徴とする半導体チップ。 A first bump electrode disposed in a central region of the main surface;
A semiconductor chip comprising: a second bump electrode disposed in an outer peripheral region of the main surface and having a planar shape different from that of the first bump electrode.
前記主面に設けられ、前記第2のバンプ電極の下部に接続された第2のパッド電極と、をさらに備え、
前記第1のパッド電極の面積は、前記第2のパッド電極の面積よりも大きいことを特徴とする請求項3に記載の半導体チップ。 A first pad electrode provided on the main surface and connected to a lower portion of the first bump electrode;
A second pad electrode provided on the main surface and connected to a lower portion of the second bump electrode,
The semiconductor chip according to claim 3, wherein an area of the first pad electrode is larger than an area of the second pad electrode.
前記2個以上の第2のパッド電極の他の一つは、前記最上層の配線層に形成され、少なくとも前記最上層の配線層において前記第1の配線とは分離して形成された第2の配線に設けられていることを特徴とする請求項5に記載の半導体チップ。 One of the two or more second pad electrodes is provided in a first wiring formed in the uppermost wiring layer of the semiconductor chip,
The other one of the two or more second pad electrodes is formed in the uppermost wiring layer, and is formed at least in the uppermost wiring layer and separated from the first wiring. The semiconductor chip according to claim 5, wherein the semiconductor chip is provided on the wiring.
前記パッシベーション膜に設けられた開口部を介して前記第1のバンプ電極の下部に接続された第1のパッド電極と、をさらに備え、
前記第2のバンプ電極は、前記パッシベーション膜上に設けられていることを特徴とする請求項3に記載の半導体チップ。 A passivation film covering the main surface;
A first pad electrode connected to a lower portion of the first bump electrode through an opening provided in the passivation film,
The semiconductor chip according to claim 3, wherein the second bump electrode is provided on the passivation film.
前記ピラー部の前記上端面と、前記上端面に接する側面とが成す角が鋭角であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の半導体チップ。 Each of the first and second bump electrodes includes a pillar portion erected on the main surface, and a solder layer provided on an upper end surface of the pillar portion,
10. The semiconductor chip according to claim 1, wherein an angle formed by the upper end surface of the pillar portion and a side surface in contact with the upper end surface is an acute angle.
前記主面上に設けられた複数の第1及び第2のバンプ電極と、を備え、
前記複数の第1のバンプ電極は、前記第3の辺の前記第2の方向における略中央部と、前記第4の辺の前記第2の方向における略中央部との間において、前記第1の方向に配列され、
前記複数の第2のバンプ電極は、前記第1又は第2の辺に沿って前記第1の方向に配列され、
前記複数の第1のバンプ電極の平面形状は、前記複数の第2及び第3のバンプ電極の平面形状とは異なることを特徴とする半導体チップ。 A main surface having first and second sides extending parallel to the first direction, and third and fourth sides extending parallel to a second direction intersecting the first direction; ,
A plurality of first and second bump electrodes provided on the main surface,
The plurality of first bump electrodes may include the first side between the substantially central portion of the third side in the second direction and the substantially central portion of the fourth side in the second direction. Arranged in the direction of
The plurality of second bump electrodes are arranged in the first direction along the first or second side,
The semiconductor chip according to claim 1, wherein a planar shape of the plurality of first bump electrodes is different from a planar shape of the plurality of second and third bump electrodes.
前記半導体チップが搭載された配線基板と、を備え、
前記配線基板は、絶縁基材と、前記絶縁基材の一方の表面に設けられ前記第1のバンプ電極に接合された第1の接続電極と、前記絶縁基材の前記一方の表面に設けられ前記第2のバンプ電極に接合された第2の接続電極と、前記絶縁基材の他方の表面に設けられ少なくとも前記第1の接続電極に電気的に接続された複数の外部端子と、を含むことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor chip according to any one of claims 1 to 12,
A wiring board on which the semiconductor chip is mounted,
The wiring board is provided on an insulating base, a first connection electrode provided on one surface of the insulating base and joined to the first bump electrode, and on the one surface of the insulating base. A second connection electrode joined to the second bump electrode; and a plurality of external terminals provided on the other surface of the insulating base material and electrically connected to at least the first connection electrode. A semiconductor device.
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