JP3445441B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関し、
特に集積回路を外部素子と電気的に接続するための接続
構造に関する。 【0002】 【従来の技術】近年、集積回路等の半導体装置を高密度
で配線基板に実装する方法として、ベアチップを直接基
板上に実装するベアチップ実装法がある。しかしなが
ら、ベアチップの状態では、バーンインテスト等の評価
を行うことが困難であるので、良品であるかどうかを判
定することが難しい。また、ベアチップの状態では、実
装が困難である。このため、できるだけベアチップと同
じ大きさで、しかも上記評価が可能なパッケージ形態
(CSP:チップスケールパッケージ)の開発が望まれ
ている。 【0003】現在発表されているCSPとしては、セラ
ミックス・キャリア方式やテープ・キャリア方式があ
る。セラミックス・キャリア方式の構造は、図4に示す
ように、半導体素子である半導体チップ1を中間配線基
板であるセラミックス基板(または樹脂基板)2の一方
の主面上にバンプ3を用いてフェイスダウンボンディン
グし、さらに半導体チップ1とセラミックス基板2との
間を熱硬化性樹脂4で充填し、セラミックス基板2の他
方の主面上に接続用電極5を碁盤目状に形成してなるも
のである。 【0004】テープ・キャリア方式の構造は、図5に示
すように、フィルム基板6に形成された接続用電極5と
半導体チップ1の電極との間をリード7で電気的に接続
し、フィルム基板6と半導体チップ1との間に樹脂(エ
ラストマ−)8を介在させてなるものである。この方式
では、半導体チップの電極配置を碁盤目状やアレイ状に
することができ、電極ピッチを大きくとることができ
る。このため、この方式では、検査性や実装性が向上す
る。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
式では、いずれも半導体ウエハをダイシングして得られ
た個々の半導体チップを1つずつフィルム基板6もしく
はセラミックス基板2に実装するので、作業が煩雑であ
り、パッケージの量産が困難である。したがって、パッ
ケージコストが高くなる。 【0006】また、セラミックス・キャリア方式では、
パッケージの電極は、セラミックス基板の裏面に接続用
電極、例えば半田ボールを碁盤目状に形成することによ
り構成される。この接続用電極の形成工程もパッケージ
コストを高くする要因となっている。 【0007】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、製造工程におけるハンドリングが容易であり、し
かも簡単な構造で低コストであり、量産化に優れた半導
体装置を提供することを目的とする。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明は、電極部を有す
る半導体素子と、前記電極部上に形成された接続部材
と、外部接続用電極のための少なくとも一つの突出部を
有し、前記接続部材を部分的に露出するようにして前記
半導体素子を被覆する樹脂層と、前記突出部を含む前記
樹脂層上に形成されており、露出した接続部材と電気的
に接続する導体層とを具備することを特徴とする半導体
装置を提供する。 【0009】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して具体的に説明する。図1は本発明の半導体装
置の一実施形態を示す断面図である。図中11は半導体
素子である半導体チップ(ベアチップ)を示す。半導体
チップ11の下面には、電極部である電極パッド12が
設けられており、その電極パッド12には、接続部材で
あるバンプ13が形成されている。また、半導体チップ
11の下面には、バンプ13を部分的に露出するように
して樹脂層14が形成されている。樹脂層14には、複
数の突出部14aが形成されている。突出部14aを含
む樹脂層14上には、導体層15が形成されており、導
体層15と樹脂層14から露出したバンプ13とは電気
的に接続されている。また、導体層15上には、部分的
に、特に突出部14a以外の部分にソルダーレジスト層
16が形成されている。 【0010】バンプ13の材料としては、Au,半田等
を用いることができる。また、接続部材として、バンプ
の代わりに導電性ペースト、異方性導電シート等を用い
ても良い。バンプ13の高さは、樹脂の充填性を考慮す
ると、30μm以上であることが好ましい。 【0011】樹脂層14を構成する材料としては、耐熱
性を有し、硬化の際に寸法収縮率が小さく、曲げ弾性率
が小さい材料、例えば変成エポキシ樹脂、特殊フェノー
ル樹脂等を用いることができる。また、これらの樹脂に
は、寸法精度を向上させるために、球状フィラー、シリ
カ等の無機充填材等を添加しても良い。樹脂層14の厚
さは、バンプの高さにより決まり、例えば30〜100
μmである。なお、樹脂層14を形成する場合、バンプ
13と導体層15との間の電気的導通をとるために、バ
ンプ13を部分的に露出させる。 【0012】樹脂層14の突出部14aの高さは、接合
信頼性を考慮すると、500μm以上であることが好ま
しい。突出部14aの幅やピッチは、接続する外部素子
の形状に応じて適宜選択する。 【0013】導体層15の材料としては、銅等を用いる
ことができる。また、導体層15の厚さは、パターン精
度を考慮すると、5〜18μmであることが好ましい。
次に、本発明の半導体装置を製造する工程について説明
する。 【0014】まず、半導体素子を形成したダイシング前
の半導体ウエハの前記半導体素子の電極パッド上に、例
えばボールボンディング法によりスタッドバンプを形成
する。なお、接続部材として半田を用いる場合には、電
極パッド上に蒸着およびフォトリソグラフィーによりバ
リアメタル層を形成することが好ましい。 【0015】次いで、外部素子の電極部に相当する位置
に凹部を有する型に、スタッドバンプを形成した半導体
ウエハを位置合わせして載置する。このとき、型と半導
体ウエハとの間にはスタッドバンプの厚さ相当の間隙が
形成される。 【0016】次いで、この間隙に流動状態の樹脂を流し
込む。これにより、型の凹部および前記間隙に樹脂が充
填される。そして、この樹脂を硬化させた後、型から半
導体ウエハを剥離する。これにより、突出部を有し、ス
タッドバンプを一部露出した樹脂層が形成された半導体
ウエハが得られる。なお、樹脂の硬化条件は、樹脂の種
類等に応じて適宜選択する。 【0017】次いで、この樹脂層表面上に、蒸着、電気
メッキ、無電解メッキ、フォトリソグラフィープロセス
等の方法により、導体層を形成する。なお、導体層形成
の条件は、導体層の材料や厚さ等に応じて適宜選択す
る。これにより、樹脂層から露出したスタッドバンプと
導体層とが電気的に接続する。 【0018】次いで、突出部以外の導体層上にソルダー
レジスト層をカーテンコーティングあるいはスプレー塗
布とフォトリソグラフィートにより形成する。最後に、
半導体ウエハをダイシングすることにより、チップサイ
ズパッケージである本発明の半導体装置が完成する。 【0019】本発明の半導体装置においては、半導体ウ
エハの状態でハンドリングが行われるので、従来の半導
体装置の製造工程におけるような、ベアチップを1個ず
つ取り扱うことがない。このため、量産性に優れ、歩留
りが向上し、しかも製造コストが低減する。また、外部
接続電極(突出部)の形成においても、従来のセラミッ
クス・キャリア方式のように半田ボールを配置し接続す
る工程等がないため、大幅に製造コストを低減させるこ
とができる。 【0020】次に、本発明の効果を明確にするために行
った実施例について説明する。 (実施例1)半導体ウエハの電極パッド上に金線のボー
ルボンディング法により金スタッドバンプを形成した。 【0021】次いで、厚さ0.5mmのステンレス板に
フォトリソグラフィーおよびエッチングにより、裏面か
ら表面に向って拡径するテーパー状の貫通穴を形成し
て、樹脂充填用の型を作製した。なお、この貫通穴は、
半導体装置の外部接続電極を構成するものであるので、
外部接続電極形成領域に形成した。また、穴径は0.5
mm、穴ピッチは1.0mmとした。 【0022】次いで、ステンレス板の裏面(穴径が小さ
い側)に穴底用フィルムを貼りつけた後、ステンレス板
の表面(穴径が大きい側)に厚さ20μmの銅メッキ層
を形成した。 【0023】次いで、銅メッキ層のランド部上に金スタ
ッドバンプを当接するようにして、半導体ウエハをステ
ンレス板に押圧した。これにより、金スタッドバンプの
先端部は潰され、金スタッドバンプと銅メッキ層とが密
着する。この状態で仮固定した。 【0024】次いで、半導体ウエハの裏面(バンプ形成
側と反対側)よりフィルムで覆い、ステンレス板と半導
体ウエハとの間を真空引きした状態でステンレス板と半
導体ウエハとの間の間隙に球状フィラーを添加した変成
エポキシ樹脂を流し込み、これを硬化させた。 【0025】次いで、ステンレス板の裏面の穴底用フィ
ルムを剥離した後、塩化第2鉄溶液を用いたエッチング
により銅メッキ層を除去して、ステンレス板から半導体
ウエハに仮固定された樹脂硬化物を剥離させた。 【0026】次いで、この樹脂硬化物上に無電解銅メッ
キおよび電気メッキを順次行い、厚さ10〜20μmの
銅メッキ層を形成した。次いで、電着レジスト法を用い
たフォトリソグラフィーおよびエッチングにより、金ス
タッドバンプ先端部と銅メッキ層とを電気的に接続する
導体回路を形成した。 【0027】次いで、メッキ層上にスプレー法により液
状ソルダーレジストをコーティングした後、フォトリソ
グラフィーおよびエッチングにより樹脂硬化物の突出部
上の銅メッキ層を露出させた。 【0028】最後に、半導体ウエハをダイシングして半
導体チップ(ベアチップ)個々のチップサイズパッケー
ジを得た。このようにして得られた本発明の半導体装置
は、製造工程において半導体ウエハの状態でハンドリン
グされるので、従来のベアチップを1個ずつ取り扱って
製造された半導体装置に比べて、歩留りが約5%向上
し、製造コストが約40%低減された。 (実施例2)図2(A)に示すように、半導体ウエハ1
7の電極パッド12上に金線のボールボンディング法に
より金スタッドバンプ13を形成した。 【0029】次いで、厚さ0.6mmの銅板18にフォ
トリソグラフィーおよびエッチングにより、表面に向っ
て拡径するテーパー状の穴19を形成して、図2(B)
に示すように、樹脂充填用の型を作製した。なお、この
穴19は、半導体装置の外部接続電極を構成するもので
あるので、外部接続電極形成領域に形成した。また、穴
径は0.5mm、深さは0.5mm、穴ピッチは1.0
mmとした。 【0030】次いで、図2(C)に示すように、銅板1
8表面上の穴19以外の領域に部分的に、すなわち穴1
9内および金スタッドバンプと接続する部分にメッキ層
が残るように、メッキレジスト層20を形成した。 【0031】次いで、図2(D)に示すように、メッキ
レジスト層20以外の銅板18上に、フラッシュ金メッ
キ、厚さ10〜20μmの銅メッキ、厚さ10μmの錫
メッキを順次行ってメッキ層21を形成した。さらに、
図2(E)に示すように、メッキレジスト層20を剥離
して銅板18上にメッキ層(導体パターン)21を残存
させた。 【0032】次いで、図3(A)に示すように、メッキ
層21のランド部21a上に金スタッドバンプ13を当
接するようにして、半導体ウエハ17を銅板18に押圧
した。これにより、金スタッドバンプ13の先端部は潰
され、金スタッドバンプ13とメッキ層21の錫メッキ
とが密着する。この状態で仮固定した。 【0033】次いで、図3(B)に示すように、半導体
ウエハ17の裏面(バンプ形成側と反対側)よりフィル
ムで覆い、銅板18と半導体ウエハ17との間を真空引
きした状態で銅板18と半導体ウエハ17との間の間隙
に球状フィラーを添加した変成エポキシ樹脂22を流し
込み、これを硬化させた。 【0034】次いで、図3(C)に示すように、塩化第
2鉄溶液を用いてエッチングにより銅板18を除去し
た。次いで、図3(D)に示すように、メッキ層21上
にスプレー法により液状ソルダーレジスト23をコーテ
ィングした後、フォトリソグラフィーおよびエッチング
により突出部24のメッキ層21を露出させた。 【0035】最後に、半導体ウエハ17をダイシングし
て半導体チップ11(ベアチップ)個々のチップサイズ
パッケージを得た。このようにして得られた本発明の半
導体装置は、製造工程において半導体ウエハの状態でハ
ンドリングされるので、従来のベアチップを1個ずつ取
り扱って製造された半導体装置に比べて、歩留りが約7
%向上し、製造コストが約40%低減された。 【0036】 【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
は、電極部を有する半導体素子と、前記電極部上に形成
された接続部材と、外部接続用電極のための少なくとも
一つの突出部を有し、前記接続部材を部分的に露出する
ようにして前記半導体素子を被覆する樹脂層と、前記突
出部を含む前記樹脂層上に形成されており、露出した接
続部材と電気的に接続する導体層とを具備するので、半
導体ウエハの状態でハンドリングを行うことができる。
このため、量産性に優れ、歩留りが向上し、しかも製造
コストが低減する。また、外部接続電極(突出部)の形
成においても、従来のセラミックス・キャリア方式のよ
うに半田ボールを配置し接続する工程等がないため、大
幅に製造コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の半導体装置の一実施形態を示す断面
図。 【図2】(A)〜(E)は本発明の半導体装置の製造工
程の前半を示す断面図。 【図3】(A)〜(E)は本発明の半導体装置の製造工
程の後半を示す断面図。 【図4】セラミックス・キャリア方式の半導体装置の構
造を示す断面図。 【図5】テープ・キャリア方式の半導体装置の構造を示
す断面図。 【符号の説明】 11…半導体チップ、12…電極パッド、13…バン
プ、14…樹脂層、14a,24…突出部、15…導体
層、16…ソルダーレジスト層、17…半導体ウエハ、
18…銅板、19…穴、20…メッキレジスト層、21
…メッキ層、21a…ランド部、22…変成エポキシ樹
脂、23…液状ソルダーレジスト。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−90483(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60 311 H01L 23/12 501 H01L 23/28

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】電極部を有する半導体素子と、 前記電極部上に形成された接続部材と、 外部接続用電極のための少なくとも一つの突出部を有
    し、前記接続部材を部分的に露出するようにして前記半
    導体素子を被覆する樹脂層と、 前記突出部を含む前記樹脂層上に形成されており、露出
    した接続部材と電気的に接続する導体層と、を具備する
    ことを特徴とする半導体装置。
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