JP3642414B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、超小型・高密度パッケージに適した半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話、携帯情報機器等に代表されるように、電子機器の小型化及び軽量化に対する要望が高まっており、それにともなって半導体装置の小型化及び高密度化が急速に進んでいる。このような現状のもと、ＬＳＩチップを直接回路基板上に搭載するベアチップ実装、半導体装置の形状をＬＳＩチップの形状に極力近付けることにより小型化を図る、いわゆるＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）構造の半導体装置等の技術が提案され、半導体装置の小型化及び高密度化が図られている。このＣＳＰ構造の半導体装置は、ＬＳＩチップの電極配置に多用されているペリフェラル型電極配置を、再配線の工程によって、多ピン化に有利なエリアアレイ型電極配置に変換したものである。
【０００３】
図８は、従来のベアチップ実装に用いられる半導体装置を回路基板に実装する各工程を、それぞれ示す概略断面図である。
【０００４】
半導体装置１を回路基板１００（図８（ｂ）及び（ｃ）参照）に実装する際には、まず、図８（ａ）に示すように、平板状のベアチップ２の表面上に複数の外部接続部３を設ける。
【０００５】
外部接続部３が設けられたベアチップ２は、図８（ｂ）に示すように、ベアチップ２上の複数の外部接続部３が、平板状の回路基板１００上に設けられた複数の接続端子１０１にそれぞれ接続されるように回路基板１００に実装される。
【０００６】
しかし、この半導体装置１の回路基板１００への実装構造では、半導体装置１の実装後における電源のオンまたはオフ操作によるデバイス自体の温度上昇または下降、あるいは外気温度の上昇または下降による温度サイクル負荷がかかった場合に、ベアチップ２と回路基板１００との熱膨張率の差により、外部接続部３に熱応力に起因する歪みが発生し、クラックが発生することで、電気的不良が生じる。
【０００７】
昨今では、電子機器の高機能化及び小型化が急速であり、回路基板１００の高密度化、搭載部品点数の増大にともなって、半導体装置１自体の高密度化（端子の多ピン・挟ピッチ化、大型化、薄型化）が求められるようになっており、半導体装置１の回路基板１００への実装後における信頼性を向上させることが特に重要になっている。
【０００８】
このため、一般的には、図８（ｃ）に示すように、ベアチップ２と回路基板１００との間隙に樹脂４を充填（アンダーフィル）し、各外部接続部３に生じる熱応力を緩和することが行われている。
【０００９】
しかし、樹脂４を回路基板１００と半導体装置１との間隙にアンダーフィルすれば、半導体装置１のリペアが非常に困難になるという問題がある。
【００１０】
また、上記の実装構造では、樹脂４を回路基板１００とベアチップ２との間隙にアンダーフィルする工程及び樹脂４を硬化させる工程を付加する必要があり、作業工程が増加するために製造効率が低下し、また、コストが上昇するという問題もある。
【００１１】
このように、上記の半導体装置１の実装構造では、小型化及び高密度実装化を可能とする実装構造であるにもかかわらず、半導体装置１のリペアが実質上不可能になっていること、樹脂４の注入、硬化工程の追加による作業行程の増加及びそれに伴うコストの上昇、さらに、ベアチップ２を主構造とし、保護構造を持たない半導体装置１自体のハンドリング性の悪さ等の要因によって、その普及が妨げられている。
【００１２】
このため、ベアチップ並みに高密度化が可能であり、低コストであって、かつ、パッケージ単体となっている回路基板への実装前のみならず、回路基板１００への実装後においても高い信頼性を維持することができる半導体装置が求められている。
【００１３】
このような要求に応じて、例えば、特願平１１−２５８４６０号、特願２０００−１５４７８８号において、新たな半導体装置が提案されている。
【００１４】
図９は、特願平１１−１４８２５６９号に記載された半導体装置１０の実装構造を示す断面図である。
【００１５】
この半導体装置１０は、各種の半導体素子を備えた半導体チップ１１と、この半導体チップ１１の所定の位置にそれぞれ設けられた複数のチップ電極１２とを有している。半導体チップ１１上には、各チップ電極１２上にそれぞれ開口が形成された絶縁膜１３が半導体チップ１１の全面にわたって形成されており、この絶縁膜１３上には、複数の樹脂部材１４がそれぞれ独立して設けられている。また、絶縁膜１３上には、所定形状にパターニングされた配線パターン１５が設けられている。配線パターン１５は、各チップ電極１２にそれぞれ接続されるように半導体チップ１１上に所定のパターンに形成されている。半導体チップ１１上には、半導体チップ１１の表面を保護する保護膜１６が設けられており、保護膜１６には、樹脂部材１４上の配線パターン１５が露出するように開口部１６ａがそれぞれ形成されている。保護膜１６の各開口部１６ａから露出した配線パターン１５の各表面には、外部接続電極１７がそれぞれ設けられており、各接続電極１７によって、配線パターン１５が回路基板１００の接続端子１０１にそれぞれ接続されている。
【００１６】
この半導体装置１０では、半導体チップ１１と回路基板１００との間の熱膨張率の差により外部接続電極１７に発生する歪みを、樹脂部材１４の弾性によって緩和することによって、半導体装置１０の信頼性の向上を図っている。
【００１７】
図１０は、特願２０００−１５４７８８号に記載された半導体装置２０を示す上面図である。
【００１８】
この半導体装置２０は、半導体チップ２１の内部に導通する複数のチップ電極１２と、回路基板に接続する外部接続電極（図示せず）が取り付けられた複数のパッド１５ａと、各パッド１５ａから半導体チップ２１表面上に引き出されて所定の直線状パターンによってチップ電極１２にそれぞれ接続された配線パターン１５とを有しており、各配線パターン１５の延出方向が、半導体チップ２１が熱応力によって伸縮する方向と一致しない方向になっている。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
図１１は、図９に示す特願平１１−１４８２５６９号の半導体装置１０が回路基板１００に実装されている状態を、半導体装置１０の１つの外部接続電極１４、配線パターン１５、樹脂部材１３の周辺を拡大して示しており、図１１（ａ）は、その断面図、図１１（ｂ）は、その平面図を表している。
【００２０】
半導体装置１０において、配線パターン１５は、樹脂部材１４上に設けられたパッド１５ａに接続されている。パッド１５ａは、図１１（ｂ）のＡで示す円形状の領域内にて外部接続電極１７に接触しており、回路基板１００と外部接続電極１７との間で発生する熱応力により、樹脂部材１４が変形した場合に、樹脂部材１４の変形に伴って移動される。これに対して、パッド１５ａに接続された配線パターン１５は、半導体チップ１１上の所定箇所に固定されており、熱応力により樹脂部材１４が変形しても、変形及び移動することなく固定状態を維持する。
【００２１】
したがって、この半導体装置１０では、半導体装置１０の回路基板１００への実装後において、熱応力による歪みが外部接続電極１７に加えられて、樹脂部材１４がその弾性により変形した場合に、この樹脂部材１４の変形に伴って、樹脂部材１４上のパッド１５ａが移動することにより、パッド１５ａと半導体チップ１１上に固定された配線パターン１５との間の接続部分に大きな歪みが発生し、図１１（ａ）及び（ｂ）にそれぞれＣで示すクラックが生じ、電気的不良が発生するおそれがある。
【００２２】
また、図１０に示した半導体装置２０では、配線パターン１５の延出方向を、半導体チップ１１が熱応力によって伸縮する方向と一致しない方向に制限されているために、直線状の配線パターン１５の引き回しの自由度が小さくなり、将来的に予測される半導体装置の高密度化（端子の多ピン化、狭ピッチ化、半導体基板の大型化、薄型化）に対応できなくなるおそれがある。
【００２３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、回路基板への実装後の熱応力による歪みによる影響により、半導体基板上の配線に電気的不良が発生しない半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、半導体素子が設けられた半導体基板上の所定の位置に適当な厚さで突出するように設けられた樹脂部材と、該樹脂部材上に設けられたパッドと、該パッド上に設けられて回路基板への実装時に該回路基板に設けられた接続端子に接続される外部接続電極と、前記半導体素子に導通するように前記半導体基板上に設けられたチップ電極と、該チップ電極と前記樹脂部材上のパッドとを接続するように前記半導体基板上に所定のパターンにて形成された配線パターンとを有し、前記パッドと前記配線パターンとの接続位置が、前記樹脂部材上に形成されており、前記樹脂部材は、前記パッドに対する前記配線パターンの接続方向に沿って長く形成されており、前記樹脂部材の長手方向および前記配線パターンの前記パッドに対する接続方向は、前記半導体基板が熱応力によって伸縮する方向に対して、略直交する方向に設けられていることを特徴とするものである。
【００２５】
この構成により、半導体装置の回路基板への実装後における外部接続電極と回路基板との間に発生する熱応力を緩和する樹脂部材の変形によって、樹脂部材上に形成されたパッドと配線パターンとの間に生じる歪みを効果的に緩和することができる。
【００２７】
このようにすれば、樹脂部材上の配線パターンに生じる歪みを緩和する効果を維持しつつ、半導体装置上の樹脂部材によって覆われる面積を小さくして、半導体装置上の平坦な部分の面積を大きくすることができる。このため、半導体装置上の配線パターンの引き回し自由度が増大するので、高密度に配線を配設することが可能になる。
【００２８】
さらに、前記樹脂部材は、長方形状、または、略楕円形状、または、配線パターンとの接続方向に突出しており、その幅寸法が突出方向の先端側になるにつれ順次狭くなっている形状に形成されていれば、半導体基板上の樹脂部材で覆われる面積を小さくすることができるので、半導体装置上の配線パターンの引き回し自由度が増大し、高密度な配線を配設することが可能となる。
【００２９】
また、上記の本発明において、前記樹脂部材上の配線パターンと、前記外部接続電極と前記パッドとの接続位置との距離が、６０μｍ以上になっていることが好ましい。
【００３０】
このようにすれば、配線パターンとパッドとの接続位置に発生する歪みを確実に緩和することができる。
【００３１】
また、上記本発明において、前記パッドが、前記配線パターンとの接続方向に突出しており、その幅寸法が突出方向の先端側になるにつれて順次狭くなていることが好ましい。
【００３２】
このようにすれば、パッドと配線パターンとの接続部分が急に細くならず、滑らかに細くなっていくので、接続部分に集中する歪みによって、配線パターンにクラックが生じて、電気的不良が発生することを防止することができる。
【００３３】
また、上記本発明において、前記樹脂部材の長手方向および前記配線パターンの配線方向は、前記半導体基板が熱応力によって伸縮する方向に対して、略直交する方向に設けられていることが好ましい。
【００３４】
このようにすれば、配線パターンに発生する歪みによる応力を緩和して、配線切れを防止することができる。
【００３５】
また、本発明の他の半導体装置は、半導体素子が設けられた半導体基板上の所定の位置に適当な厚さで突出するように設けられた樹脂部材と、該樹脂部材上に設けられたパッドと、該パッド上に設けられて回路基板への実装時に該回路基板に設けられた接続端子に接続される外部接続電極と、前記半導体素子に導通するように前記半導体基板上に設けられたチップ電極と、該チップ電極と前記樹脂部材上のパッドとを接続するように前記半導体基板上に所定のパターンにて形成された配線パターンとを有する半導体装置であって、前記パッドと前記配線パターンとの接続位置が、前記樹脂部材上に形成されており、前記パッドは、前記配線パターンとの接続方向に突出しており、その幅寸法が突出方向の先端側になるにつれて順次狭くなっていることを特徴とする。
【００３６】
このようにすれば、回路基板と半導体基板との熱膨張率の差が小さい等、外部接続電極に発生する応力が、特に応力を緩和する必要がない程小さい場合に、好適である。
【００３７】
また、本発明は、前記半導体装置の製造方法であって、半導体素子が設けられた半導体基板上に前記半導体素子に導通するようにチップ電極を設ける工程と、次いで、前記半導体基板の前記チップ電極が設けられていない位置に所定高さで突出する樹脂部材を設ける工程と、次いで、前記樹脂部材上にパッドを設けるとともに、該パッドに前記樹脂部材上にて接続された配線パターンを、前記チップ電極に接続されるように所定のパターンで前記半導体基板上に形成する工程と、次いで、前記パッド上に外部接続電極を設ける工程とを包含し、前記樹脂部材を設ける工程において、前記樹脂部材を、前記パッドに対する前記配線パターンの接続方向に沿って長くなるように、かつ、前記樹脂部材の長手方向および前記配線パターンの前記パッドに対する接続方向を、前記半導体基板が熱応力によって伸縮する方向に対して略直交する方向になるように形成することを特徴とするものである。
【００３８】
また、本発明は、前記半導体装置の製造方法であって、半導体素子が設けられた半導体基板上に前記半導体素子に導通するようにチップ電極を設ける工程と、次いで、前記半導体基板の前記チップ電極が設けられていない位置に所定高さで突出する前記樹脂部材を設ける工程と、次いで、前記樹脂部材上にパッドを設けるとともに、該パッドに前記樹脂部材上にて接続された配線パターンを、前記チップ電極に接続されるように所定のパターンで前記半導体基板上に形成する工程と、次いで、前記パッド上に外部接続電極を設ける工程とを包含し、前記樹脂部材を設ける工程において、前記パッドを、前記配線パターンとの接続方向に突出するように、かつ、その幅寸法が突出方向の先端側になるにつれて順次狭くなるように形成することを特徴とするものである。
【００３９】
また、本発明の他の半導体装置の製造方法は、半導体装置の所定位置に電極を設ける工程と、前記半導体装置の所定の位置に前記パッドと、該パッドに接続されて前記半導体装置の表面上に所定のパターンを形成して前記電極に接続される配線パターンとを配設する工程と、前記パッド上に外部接続電極を設ける工程と、を包含することを特徴とするものである。
【００４０】
この製造方法により、上記の本発明の他の半導体装置を製造することができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１に係る半導体装置及びその製造方法について、図面に基づいて説明する。
【００４２】
図１は、本実施の形態１の半導体装置の製造方法の各工程をそれぞれ示す断面図である。
【００４３】
図１（ｅ）は、ウエハー基板３１を個々の半導体装置にチップ化する前の状態を示している。ウエハー基板３１上には、多数のチップ領域が形成されるようになっており、最終的に、ウエハー基板３１を各チップ領域の間に設けられたダイシングライン１８に沿って切断することによって、本発明の各半導体装置とされる。
【００４４】
本実施形態の半導体装置の構成を、図１（ｅ）を参照して説明する。この半導体装置は、各種の半導体素子を備えたウエハー基板３１上における各チップ領域の側部上の所定の位置に多数のチップ電極１２をそれぞれ有しており、ウエハー基板３１上には、チップ電極１２上に開口１３ａをそれぞれ形成した絶縁膜１３がウエハー基板３１の全面にわたって形成されている。この絶縁膜１３上には、本実施形態の半導体装置が実装される回路基板上に配置された複数の接続端子にそれぞれ対向するように、半球状の樹脂部材１４が設けられている。また、絶縁膜１３上には、所定形状にパターニングされた配線パターン１５が設けられている。
【００４５】
配線パターン１５は、樹脂部材１４上に設けられて外部接続電極１７に接触するパッド１５ａに接続されている。そして、パッド１５ａと配線パターン１５とが接続される接続位置が、樹脂部材１４上に位置するように、パッド１５ａ及び配線パターン１５がそれぞれ配設されている。
【００４６】
配線パターン１５及びパッド１５ａが配設されたウエハー基板３１の各チップ領域上には、配線パターン１５等が配置されたウエハー基板３１の各チップ領域の表面を保護するために、樹脂部材１４上の所定の位置に開口１６ａが設けられた保護膜１６がウエハー基板３１の各チップ領域の全面にわたって形成され、配線パターン１５及びパッド１５ａが露出された樹脂部材１４上に、それぞれ球形状の外部接続電極１７が設けられている。
【００４７】
次に、本実施の形態１の半導体装置の製造方法を、図１（ａ）〜（ｅ）に示す各工程毎に説明する。
【００４８】
まず、図１（ａ）に示すように、ウエハー基板３１における半導体装置が形成される各チップ領域の所定の位置に、アルミニウム等の導電性部材から形成されるチップ電極１２をそれぞれ設けた後、ウエハー基板３１の表面全体にわたって絶縁膜１３を形成し、この絶縁膜１３上におけるチップ電極１２上に開口１３ａをそれぞれ形成する。絶縁膜１３は、例えば、ポリイミド等の樹脂材料をスピンコート等によって、各チップ電極１２を含むウエハー基板３１の全面にわたって積層される。各チップ電極１２上に設けられた絶縁膜１３の各開口１３ａは、フォトリソグラフィ等によって形成される。なお、予め、所定の位置に開口１３ａが形成された絶縁膜１３をウエハー基板３１の表面上に貼り付けるようにしてもよい。
【００４９】
次に、図１（ｂ）に示すように、ウエハー基板３１における各チップ領域の所定の位置に、多数の半球状をした樹脂部材１４を設ける。樹脂部材１４は、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ゴム系樹脂等を用いることができ、使用される材料について、特に限定されない。ただし、低弾性率の特性を有する樹脂を用いれば、半導体装置を回路基板１００に実装した後の熱応力を確実に緩和させることができるために望ましい。また、絶縁膜１３及び後の工程で設けられる配線パターン１５との密着性に優れた材質を用いることが望ましい。樹脂部材１４は、例えば、合成ゴム系樹脂（例えば、扇化学工業（株）製ＬＳＡ−７７０１）を用いて、０．１ｍｍ厚程度の金属製ステンシルによってスクリーン印刷した後に、１７５℃の加熱条件で１時間にわたって硬化させることにより形成することができる。樹脂部材１４は、所定の大きさの半球状とされる。
【００５０】
樹脂部材１４は、スピンコート等によってウエハー基板３１の全面に形成されることなく、上記の印刷法によって、外部接続電極１７が形成される位置のみにそれぞれ独立して形成されており、このため、回路基板への実装後に発生する熱応力による歪みを効果的に緩和することができる。なお、樹脂部材１４は、上記の印刷法によるほか、外部接続電極１７が形成される位置のみにそれぞれ独立して形成することができれば、他の方法により形成してもよい。
【００５１】
次に、図１（ｃ）に示すように、各樹脂部材１４上に、後の工程で設けられる外部接続電極１７に接続されるパッド１５ａと、このパッド１５ａに接続されて、ウエハー基板３１上に所定のパターンを形成して、各チップ電極１２に接続される配線パターン１５とを形成する。このパッド１５ａ及び配線パターン１５の形成方法は、特に限定されず、例えば、公知のリフトオフ法により形成される。
【００５２】
パッド１５ａ及び配線パターン１５は、それぞれの接続位置が樹脂部材１４上になるように、それぞれ形成される。樹脂部材１４は、例えば、各外部接続電極１７のピッチが０．８ｍｍ、パッド１５ａの直径が０．４ｍｍ程度の場合に、パッド１５ａと配線パターン１５との接続位置が樹脂部材１４上に設けられるようにするために、０．５５〜０．６０ｍｍ程度の直径であることが好ましい。
【００５３】
図２は、上記工程によりウエハー基板３１上に形成される樹脂部材１４及び配線パターン１５の配置パターンの一例を示している。
【００５４】
この配線パターンでは、各樹脂部材１４上に設けられたパッド１５ａは、樹脂部材１４の各列に沿って延びる配線パターン１５によって、各チップ電極１２に、それぞれ接続されている。
【００５５】
次に、図１（ｄ）に示すように、配線パターン１５及びパッド１５ａが配置されたウエハー基板３１の各チップ領域の表面を保護するために、各パッド１５ａ上がそれぞれ露出する開口部１６ａを有する保護膜１６をウエハー基板３１上に形成する。この保護膜１６を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、印刷法、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィ法等を用いることができる。フォトリソグラフィ法を用いて保護膜１６を形成する場合には、感光性樹脂を用いたスピンコート等によって保護膜１６を形成した後、後の工程で外部接続電極１７を配置する箇所にのみ開口１６ａを形成する。
【００５６】
次に、図１（ｅ）に示すように、保護膜１６に設けられた各開口部１６ａから露出したパッド１５ａ上に、外部接続電極１７をそれぞれ設ける。この外部接続電極１７は、例えば、Ｓｎをベースとする合金を、ほぼ均一の大きさのボール状に形成して、フラックスとともにパッド１５ａが露出した保護膜１６の開口部１６ａ上に載せた後、リフローすることにより設けることができる。
【００５７】
最後に、ウエハー基板３１の各チップ領域間に設けられたダイシングライン１８に沿ってウエハー基板３１を切断することによりウエハー基板３１をチップ化して、所望のチップ状の大きさになった半導体装置を得る。
【００５８】
以上説明した方法により、回路基板に実装する際の信頼性にすぐれた半導体装置を低コストにて製造することができる。
【００５９】
このようにして製造された半導体装置は、回路基板に設けられた各接続端子に、外部接続電極１７をそれぞれ接続することにより、回路基板に実装される。
【００６０】
なお、上記半導体装置の製造方法は、ウエハープロセスについて説明したが、本発明の半導体装置の製造方法は、このようなウエハープロセスに限定されない。
【００６１】
次に、本実施形態１の半導体装置におけるパッド１５ａ及び配線パターン１５と樹脂部材１４との位置関係について説明する。
【００６２】
図３は、本実施の形態１の半導体装置の１つの外部接続電極１７の周辺部分を拡大して示した拡大図であり、図３（ａ）は、その断面図、図３（ｂ）は、その平面図である。
【００６３】
パッド１５ａは、図３（ａ）及び（ｂ）のＡにて示す領域で外部接続電極１７に接続されており、配線パターン１５における樹脂部材１４の端部上からパッド１５ａにおける外部接続電極１７に接続されるＡの領域までの距離をｘとして示している。そして、配線パターン１５とパッド１５ａとの接続部分がｘ内に位置するように、配線パターン１５及びパッド１５ａが形成されている。
【００６４】
図４は、この距離ｘを変更して、温度サイクル試験によって不良が発生するかを実験した場合における距離ｘと時間との関係を示すグラフである。
【００６５】
この実験では、４８個の樹脂部材１４を設けて、各樹脂部材１４を合成ゴム系樹脂（扇化学工業（株）製ＬＳＡ−７７０１）によって形成し、各樹脂部材１４上に外部接続電極１７を０．８ｍｍのピッチで設置した半導体装置に対して、−４０℃から１２５℃までの昇温を１サイクルとして１時間あたりに３サイクルの昇温を行い、２０００サイクルの昇温を行った場合の半導体装置の中心部分から３．４４ｍｍの距離内に存在する外部接続電極１７の接触状態を判定した。
【００６６】
図４を参照すると、図３に示す距離ｘが６０μｍ以上であるとき、配線パターン１５に配線切れが生じなかった。これは配線パターン１５とパッド１５ａとが接続する接続位置が、樹脂部材１４の端部の近辺に設置された場合には、樹脂部材１４の変形によって接続位置に生じる歪みが大きく、配線切れが生じ易くなっているが、距離ｘが６０μｍ以上であれば、この歪みを緩和することができるために、配線パターン１５の配線切れが生じなかったと考えられる。したがって、距離ｘが、６０μｍ以上であることが好ましい。
【００６７】
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、ウエハー基板３１上に形成される樹脂部材１４及び配線パターン１５等の他の配置例を示している。
【００６８】
外部接続電極１７に対する熱応力の緩和が十分であれば、樹脂部材１４を小さく形成してもよく、例えば、図５（ａ）に示すように、長方形状に形成してもよい。この場合、パッド１５ａに対して配線パターン１５が接続される方向に沿うように樹脂部材１４の長手方向を配置して、その長手方向の寸法を、０．５５〜０．６ｍｍ程度とし、その長手方向と直交する方向の長さが、０．４ｍｍ〜０．４５ｍｍ程度とする。このように、樹脂部材１４を略長方形状として、その面積を小さくしても、パッド１５ａに対する配線パターン１５との接続方向が長く形成されていれば、配線パターン１５とパッド１５ａとの接続部分に生じる歪みを緩和することができる。この場合、半導体装置上の平坦な部分の面積が大きく、配線パターン１５の引き回し自由度が大きくなるため、配線パターン１５を高密度にて配線することができる。
【００６９】
また、図５（ｂ）に示すように、長径が０．５５〜０．６ｍｍ程度、短径が０．４〜０．４５ｍｍ程度の略楕円形状に形成して、樹脂部材１４の面積をさらに小さくして、パッド１５ａに対する配線パターン１５の接続方向を長径方向とすればよい。この場合も、配線パターン１５の引き回し自由度がさらに大きくなる。
【００７０】
さらに、図５（ｃ）に示すように、樹脂部材１４の形状を、パッド１５ａに対して若干大きな円形状であって、配線パターン１５の接続方向に沿って突出した形状とすることにより、樹脂部材１４の面積をさらに小さくすることができ、配線パターン１５の引き回し自由度を大きくとることができる。この場合、樹脂部材１４は、例えば、配線パターン１５の接続方向の長さが、０．５５〜０．６０ｍｍ程度、その方向と直交する直径が、０．４０〜０．４５ｍｍ程度とされる。
【００７１】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２に係る半導体装置及びその製造方法について、図面に基づいて説明する。
【００７２】
本実施の形態２の半導体の製造方法は、実施の形態１の半導体装置の製造方法と同一であるので、その説明は省略する。
【００７３】
図６は、本実施の形態２の半導体装置において、ウエハー基板３１の各チップ領域上の所定の位置に樹脂部材１４を設け、この樹脂部材１４上と各チップ領域の一方の側部上に複数設けられたチップ電極２２とを導通する配線パターン１５を配設する工程が終了した時点におけるウエハー基板３１上の１つのチップ領域を示す上面図である。
【００７４】
本実施の形態２の半導体装置では、各樹脂部材１４をそれぞれ楕円形状とし、各樹脂部材１４の長径方向を、パッド１５ａに対する配線パターン１５の接続方向とされている。なお、各樹脂部材１４の形状は、上記の楕円形状のほか、長方形状等、配線パターン１５の接続方向に長い形状であれば、他の形状であってもよい。そして、各樹脂部材１４上に設けられるパッド１５ａの形状が、パッド１５ａに対する配線パターン１５の接続方向に突出しており、その先端側になるにつれて徐々に細くなっている。このようなパッド１５ａの形状は、例えば、外部接続電極１７のピッチが、０．８ｍｍである場合には、配線パターン１５の接続方向に沿った最大の長さが０．５０〜０．６０ｍｍ程度、その方向と直交する方向の最短の長さが０．４０〜０．４５ｍｍ程度とされる。
【００７５】
他の構成は、実施の形態１の半導体基板の構成と同一であるので、説明は省略する。
【００７６】
パッド１５ａをこのような形状とすることにより、樹脂部材１４の変形による歪みが集中するパッド１５ａと配線パターン１５との接続位置に近接するにつれて、パッド１５ａが滑らかに細くなっているため、樹脂部材１４の変形による歪みを緩和することができる。
【００７７】
また、樹脂部材１４の形状は、実施の形態１に記載された半導体装置と同様に、配線パターン１５の接続方向に沿って長くすることにより、パッド１５ａに対する配線パターン１５の接続位置近傍に発生する応力を緩和することができ、また、半導体基板上に高密度の配線パターンを配設することが可能になるので、望ましい。
【００７８】
なお、外部接続電極１４を設置するピッチが大きい場合、回路基板１００と半導体基板との熱膨張率の差が小さい場合等、外部接続電極１７に発生する応力が小さく、特に応力を緩和する必要がない場合には、必ずしも樹脂部材１４を設ける必要はない。
【００７９】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３に係る半導体装置及びその製造方法について、図面に基づいて説明する。
【００８０】
本実施の形態３の半導体装置の製造方法は、実施の形態１の半導体装置の製造方法と同一であるので、その説明は省略する。
【００８１】
図７は、本実施の形態３の半導体装置において、ウエハー基板３１の各チップ領域上の所定の位置に樹脂部材１４を設け、この樹脂部材１４上と各チップ領域に設けられた複数のチップ電極１２とを導通する配線パターン１５及びパッド１５ａを配設する工程が終了した時点におけるウエハー基板３１の１つのチップ領域の上面図である。
【００８２】
本実施の形態３の半導体装置では、各樹脂部材１４が、ダイシングされて回路基板１００に実装された半導体チップが熱応力で伸縮する方向に対して直交する方向に長くなった楕円形状にそれぞれ形成されており、また、配線パターン１５におけるパッド１５ａとの接続部の近傍部分が、半導体装置が熱応力によって伸縮する方向に対してほぼ直交する方向に延出するように形成されている。なお、各樹脂部材１４は、上記の楕円形状のほか、半導体チップが伸縮する方向に対して直交する方向に長くなる形状であれば、長方形状等の他の形状であってもよい。
【００８３】
他の構成は、実施の形態１の半導体基板の構成と同一であるので、説明は省略する。
【００８４】
このように、本実施の形態３の半導体装置では、ウエハー基板３１が熱応力によって伸縮する方向（図７において矢印で表示する方向）に対して直交する方向に長くなるように樹脂部材１４を形成するとともに、配線パターン１５が、パッド１５ａとの接続部から、ウエハー基板３１が熱応力によって伸縮する方向に対して直交する方向に沿って形成しているので、パッド１５ａと配線パターン１５とが接続する接続位置での歪みが小さく、この接続位置でのクラックの発生を低減することができる。このため、本実施の形態３の半導体装置は、外部接続電極１７のピッチが小さい場合、回路基板１００と半導体装置との熱膨張率の差が大きい場合等、外部接続電極１７に発生する応力が大きい場合、信頼性の基準が厳しい場合にも対応することができ、外部接続電極１７の熱疲労に対する信頼性を維持しながら、配線パターン１５の引出位置の配線不良を防止することができる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置によれば、外部接続電極に接続されるパッドと、半導体基板内に配設される配線パターンとの接続位置を樹脂部材上に配置したため、半導体装置を回路基板へ実装した後に想定される温度サイクル負荷に対して、樹脂部材が変形しても、配線パターンに生じる歪みによる応力を緩和することができ、信頼度にすぐれた半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の半導体装置の製造方法を工程毎に示した断面図である。
【図２】図１（ｃ）に示す工程を終了した時点でのウエハー基板３１のチップ領域を示す上面図である。
【図３】本発明の半導体装置の外部接続電極と配線パターンと樹脂部材との位置関係を説明する概略図であり（ａ）は、その断面図、（ｂ）は、その平面図である。
【図４】配線パターンにおける樹脂部材上の端部からパッドと外部接続電極との接続位置までの距離ｘと、温度サイクル試験の結果との関係を表わすグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図１（ｃ）に示す工程を終了した時点でのウエハー基板３１の樹脂部材及びパッドの形状の他の例を示す上面図である。
【図６】本発明の実施の形態２におけるパッドおよび配線パターンを形成する工程が終了した時点でのウエハー基板３１のチップ領域を示す上面図である。
【図７】本発明の実施の形態３におけるパッドおよび配線パターンを形成する工程が終了した時点でのウエハー基板３１のチップ領域を示す上面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、従来の半導体装置の回路基板への実装を示す断面図である。
【図９】従来の他の半導体装置の回路基板への実装を示す断面図である。
【図１０】従来のさらに他の半導体装置を示す平面図である。
【図１１】図９に示す半導体装置の１つの外部接続電極周辺を拡大した図であり、（ａ）は、その断面図、（ｂ）は、平面図である。
【符号の説明】
１１ 半導体チップ
１２ チップ電極
１３ 絶縁膜
１４ 樹脂部材
１５ 配線パターン
１５ａ パッド
１６ 保護膜
１７ 外部接続電極
１８ ダンシングライン
２１ 半導体チップ
３１ ウエハー基板
１００ 回路基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、超小型・高密度パッケージに適した半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話、携帯情報機器等に代表されるように、電子機器の小型化及び軽量化に対する要望が高まっており、それにともなって半導体装置の小型化及び高密度化が急速に進んでいる。このような現状のもと、ＬＳＩチップを直接回路基板上に搭載するベアチップ実装、半導体装置の形状をＬＳＩチップの形状に極力近付けることにより小型化を図る、いわゆるＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）構造の半導体装置等の技術が提案され、半導体装置の小型化及び高密度化が図られている。このＣＳＰ構造の半導体装置は、ＬＳＩチップの電極配置に多用されているペリフェラル型電極配置を、再配線の工程によって、多ピン化に有利なエリアアレイ型電極配置に変換したものである。
【０００３】
図８は、従来のベアチップ実装に用いられる半導体装置を回路基板に実装する各工程を、それぞれ示す概略断面図である。
【０００４】
半導体装置１を回路基板１００（図８（ｂ）及び（ｃ）参照）に実装する際には、まず、図８（ａ）に示すように、平板状のベアチップ２の表面上に複数の外部接続部３を設ける。
【０００５】
外部接続部３が設けられたベアチップ２は、図８（ｂ）に示すように、ベアチップ２上の複数の外部接続部３が、平板状の回路基板１００上に設けられた複数の接続端子１０１にそれぞれ接続されるように回路基板１００に実装される。
【０００６】
しかし、この半導体装置１の回路基板１００への実装構造では、半導体装置１の実装後における電源のオンまたはオフ操作によるデバイス自体の温度上昇または下降、あるいは外気温度の上昇または下降による温度サイクル負荷がかかった場合に、ベアチップ２と回路基板１００との熱膨張率の差により、外部接続部３に熱応力に起因する歪みが発生し、クラックが発生することで、電気的不良が生じる。
【０００７】
昨今では、電子機器の高機能化及び小型化が急速であり、回路基板１００の高密度化、搭載部品点数の増大にともなって、半導体装置１自体の高密度化（端子の多ピン・挟ピッチ化、大型化、薄型化）が求められるようになっており、半導体装置１の回路基板１００への実装後における信頼性を向上させることが特に重要になっている。
【０００８】
このため、一般的には、図８（ｃ）に示すように、ベアチップ２と回路基板１００との間隙に樹脂４を充填（アンダーフィル）し、各外部接続部３に生じる熱応力を緩和することが行われている。
【０００９】
しかし、樹脂４を回路基板１００と半導体装置１との間隙にアンダーフィルすれば、半導体装置１のリペアが非常に困難になるという問題がある。
【００１０】
また、上記の実装構造では、樹脂４を回路基板１００とベアチップ２との間隙にアンダーフィルする工程及び樹脂４を硬化させる工程を付加する必要があり、作業工程が増加するために製造効率が低下し、また、コストが上昇するという問題もある。
【００１１】
このように、上記の半導体装置１の実装構造では、小型化及び高密度実装化を可能とする実装構造であるにもかかわらず、半導体装置１のリペアが実質上不可能になっていること、樹脂４の注入、硬化工程の追加による作業行程の増加及びそれに伴うコストの上昇、さらに、ベアチップ２を主構造とし、保護構造を持たない半導体装置１自体のハンドリング性の悪さ等の要因によって、その普及が妨げられている。
【００１２】
このため、ベアチップ並みに高密度化が可能であり、低コストであって、かつ、パッケージ単体となっている回路基板への実装前のみならず、回路基板１００への実装後においても高い信頼性を維持することができる半導体装置が求められている。
【００１３】
このような要求に応じて、例えば、特願平１１−２５８４６０号、特願２０００−１５４７８８号において、新たな半導体装置が提案されている。
【００１４】
図９は、特願平１１−１４８２５６９号に記載された半導体装置１０の実装構造を示す断面図である。
【００１５】
この半導体装置１０は、各種の半導体素子を備えた半導体チップ１１と、この半導体チップ１１の所定の位置にそれぞれ設けられた複数のチップ電極１２とを有している。半導体チップ１１上には、各チップ電極１２上にそれぞれ開口が形成された絶縁膜１３が半導体チップ１１の全面にわたって形成されており、この絶縁膜１３上には、複数の樹脂部材１４がそれぞれ独立して設けられている。また、絶縁膜１３上には、所定形状にパターニングされた配線パターン１５が設けられている。配線パターン１５は、各チップ電極１２にそれぞれ接続されるように半導体チップ１１上に所定のパターンに形成されている。半導体チップ１１上には、半導体チップ１１の表面を保護する保護膜１６が設けられており、保護膜１６には、樹脂部材１４上の配線パターン１５が露出するように開口部１６ａがそれぞれ形成されている。保護膜１６の各開口部１６ａから露出した配線パターン１５の各表面には、外部接続電極１７がそれぞれ設けられており、各接続電極１７によって、配線パターン１５が回路基板１００の接続端子１０１にそれぞれ接続されている。
【００１６】
この半導体装置１０では、半導体チップ１１と回路基板１００との間の熱膨張率の差により外部接続電極１７に発生する歪みを、樹脂部材１４の弾性によって緩和することによって、半導体装置１０の信頼性の向上を図っている。
【００１７】
図１０は、特願２０００−１５４７８８号に記載された半導体装置２０を示す上面図である。
【００１８】
この半導体装置２０は、半導体チップ２１の内部に導通する複数のチップ電極１２と、回路基板に接続する外部接続電極（図示せず）が取り付けられた複数のパッド１５ａと、各パッド１５ａから半導体チップ２１表面上に引き出されて所定の直線状パターンによってチップ電極１２にそれぞれ接続された配線パターン１５とを有しており、各配線パターン１５の延出方向が、半導体チップ２１が熱応力によって伸縮する方向と一致しない方向になっている。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
図１１は、図９に示す特願平１１−１４８２５６９号の半導体装置１０が回路基板１００に実装されている状態を、半導体装置１０の１つの外部接続電極１４、配線パターン１５、樹脂部材１３の周辺を拡大して示しており、図１１（ａ）は、その断面図、図１１（ｂ）は、その平面図を表している。
【００２０】
半導体装置１０において、配線パターン１５は、樹脂部材１４上に設けられたパッド１５ａに接続されている。パッド１５ａは、図１１（ｂ）のＡで示す円形状の領域内にて外部接続電極１７に接触しており、回路基板１００と外部接続電極１７との間で発生する熱応力により、樹脂部材１４が変形した場合に、樹脂部材１４の変形に伴って移動される。これに対して、パッド１５ａに接続された配線パターン１５は、半導体チップ１１上の所定箇所に固定されており、熱応力により樹脂部材１４が変形しても、変形及び移動することなく固定状態を維持する。
【００２１】
したがって、この半導体装置１０では、半導体装置１０の回路基板１００への実装後において、熱応力による歪みが外部接続電極１７に加えられて、樹脂部材１４がその弾性により変形した場合に、この樹脂部材１４の変形に伴って、樹脂部材１４上のパッド１５ａが移動することにより、パッド１５ａと半導体チップ１１上に固定された配線パターン１５との間の接続部分に大きな歪みが発生し、図１１（ａ）及び（ｂ）にそれぞれＣで示すクラックが生じ、電気的不良が発生するおそれがある。
【００２２】
また、図１０に示した半導体装置２０では、配線パターン１５の延出方向を、半導体チップ１１が熱応力によって伸縮する方向と一致しない方向に制限されているために、直線状の配線パターン１５の引き回しの自由度が小さくなり、将来的に予測される半導体装置の高密度化（端子の多ピン化、狭ピッチ化、半導体基板の大型化、薄型化）に対応できなくなるおそれがある。
【００２３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、回路基板への実装後の熱応力による歪みによる影響により、半導体基板上の配線に電気的不良が発生しない半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、半導体素子が設けられた半導体基板上の所定の位置に適当な厚さで突出するように設けられた樹脂部材と、該樹脂部材上に設けられたパッドと、該パッド上に設けられて回路基板への実装時に該回路基板に設けられた接続端子に接続される外部接続電極と、前記半導体素子に導通するように前記半導体基板上に設けられたチップ電極と、該チップ電極と前記樹脂部材上のパッドとを接続するように前記半導体基板上に所定のパターンにて形成された配線パターンとを有し、前記パッドと前記配線パターンとの接続位置が、前記樹脂部材上に形成されており、前記樹脂部材は、前記パッドに対する前記配線パターンの接続方向に沿って長く形成されており、前記樹脂部材の長手方向および前記配線パターンの前記パッドに対する接続方向は、前記半導体基板が熱応力によって伸縮する方向に対して、略直交する方向に設けられていることを特徴とするものである。
【００２５】
この構成により、半導体装置の回路基板への実装後における外部接続電極と回路基板との間に発生する熱応力を緩和する樹脂部材の変形によって、樹脂部材上に形成されたパッドと配線パターンとの間に生じる歪みを効果的に緩和することができる。
【００２７】
このようにすれば、樹脂部材上の配線パターンに生じる歪みを緩和する効果を維持しつつ、半導体装置上の樹脂部材によって覆われる面積を小さくして、半導体装置上の平坦な部分の面積を大きくすることができる。このため、半導体装置上の配線パターンの引き回し自由度が増大するので、高密度に配線を配設することが可能になる。
【００２８】
さらに、前記樹脂部材は、長方形状、または、略楕円形状、または、配線パターンとの接続方向に突出しており、その幅寸法が突出方向の先端側になるにつれ順次狭くなっている形状に形成されていれば、半導体基板上の樹脂部材で覆われる面積を小さくすることができるので、半導体装置上の配線パターンの引き回し自由度が増大し、高密度な配線を配設することが可能となる。
【００２９】
また、上記の本発明において、前記樹脂部材上の配線パターンと、前記外部接続電極と前記パッドとの接続位置との距離が、６０μｍ以上になっていることが好ましい。
【００３０】
このようにすれば、配線パターンとパッドとの接続位置に発生する歪みを確実に緩和することができる。
【００３１】
また、上記本発明において、前記パッドが、前記配線パターンとの接続方向に突出しており、その幅寸法が突出方向の先端側になるにつれて順次狭くなていることが好ましい。
【００３２】
このようにすれば、パッドと配線パターンとの接続部分が急に細くならず、滑らかに細くなっていくので、接続部分に集中する歪みによって、配線パターンにクラックが生じて、電気的不良が発生することを防止することができる。
【００３３】
また、上記本発明において、前記樹脂部材の長手方向および前記配線パターンの配線方向は、前記半導体基板が熱応力によって伸縮する方向に対して、略直交する方向に設けられていることが好ましい。
【００３４】
このようにすれば、配線パターンに発生する歪みによる応力を緩和して、配線切れを防止することができる。
【００３５】
また、本発明の他の半導体装置は、半導体素子が設けられた半導体基板上の所定の位置に適当な厚さで突出するように設けられた樹脂部材と、該樹脂部材上に設けられたパッドと、該パッド上に設けられて回路基板への実装時に該回路基板に設けられた接続端子に接続される外部接続電極と、前記半導体素子に導通するように前記半導体基板上に設けられたチップ電極と、該チップ電極と前記樹脂部材上のパッドとを接続するように前記半導体基板上に所定のパターンにて形成された配線パターンとを有する半導体装置であって、前記パッドと前記配線パターンとの接続位置が、前記樹脂部材上に形成されており、前記パッドは、前記配線パターンとの接続方向に突出しており、その幅寸法が突出方向の先端側になるにつれて順次狭くなっていることを特徴とする。
【００３６】
このようにすれば、回路基板と半導体基板との熱膨張率の差が小さい等、外部接続電極に発生する応力が、特に応力を緩和する必要がない程小さい場合に、好適である。
【００３７】
また、本発明は、前記半導体装置の製造方法であって、半導体素子が設けられた半導体基板上に前記半導体素子に導通するようにチップ電極を設ける工程と、次いで、前記半導体基板の前記チップ電極が設けられていない位置に所定高さで突出する樹脂部材を設ける工程と、次いで、前記樹脂部材上にパッドを設けるとともに、該パッドに前記樹脂部材上にて接続された配線パターンを、前記チップ電極に接続されるように所定のパターンで前記半導体基板上に形成する工程と、次いで、前記パッド上に外部接続電極を設ける工程とを包含し、前記樹脂部材を設ける工程において、前記樹脂部材を、前記パッドに対する前記配線パターンの接続方向に沿って長くなるように、かつ、前記樹脂部材の長手方向および前記配線パターンの前記パッドに対する接続方向を、前記半導体基板が熱応力によって伸縮する方向に対して略直交する方向になるように形成することを特徴とするものである。
【００３８】
また、本発明は、前記半導体装置の製造方法であって、半導体素子が設けられた半導体基板上に前記半導体素子に導通するようにチップ電極を設ける工程と、次いで、前記半導体基板の前記チップ電極が設けられていない位置に所定高さで突出する前記樹脂部材を設ける工程と、次いで、前記樹脂部材上にパッドを設けるとともに、該パッドに前記樹脂部材上にて接続された配線パターンを、前記チップ電極に接続されるように所定のパターンで前記半導体基板上に形成する工程と、次いで、前記パッド上に外部接続電極を設ける工程とを包含し、前記樹脂部材を設ける工程において、前記パッドを、前記配線パターンとの接続方向に突出するように、かつ、その幅寸法が突出方向の先端側になるにつれて順次狭くなるように形成することを特徴とするものである。
【００３９】
また、本発明の他の半導体装置の製造方法は、半導体装置の所定位置に電極を設ける工程と、前記半導体装置の所定の位置に前記パッドと、該パッドに接続されて前記半導体装置の表面上に所定のパターンを形成して前記電極に接続される配線パターンとを配設する工程と、前記パッド上に外部接続電極を設ける工程と、を包含することを特徴とするものである。
【００４０】
この製造方法により、上記の本発明の他の半導体装置を製造することができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１に係る半導体装置及びその製造方法について、図面に基づいて説明する。
【００４２】
図１は、本実施の形態１の半導体装置の製造方法の各工程をそれぞれ示す断面図である。
【００４３】
図１（ｅ）は、ウエハー基板３１を個々の半導体装置にチップ化する前の状態を示している。ウエハー基板３１上には、多数のチップ領域が形成されるようになっており、最終的に、ウエハー基板３１を各チップ領域の間に設けられたダイシングライン１８に沿って切断することによって、本発明の各半導体装置とされる。
【００４４】
本実施形態の半導体装置の構成を、図１（ｅ）を参照して説明する。この半導体装置は、各種の半導体素子を備えたウエハー基板３１上における各チップ領域の側部上の所定の位置に多数のチップ電極１２をそれぞれ有しており、ウエハー基板３１上には、チップ電極１２上に開口１３ａをそれぞれ形成した絶縁膜１３がウエハー基板３１の全面にわたって形成されている。この絶縁膜１３上には、本実施形態の半導体装置が実装される回路基板上に配置された複数の接続端子にそれぞれ対向するように、半球状の樹脂部材１４が設けられている。また、絶縁膜１３上には、所定形状にパターニングされた配線パターン１５が設けられている。
【００４５】
配線パターン１５は、樹脂部材１４上に設けられて外部接続電極１７に接触するパッド１５ａに接続されている。そして、パッド１５ａと配線パターン１５とが接続される接続位置が、樹脂部材１４上に位置するように、パッド１５ａ及び配線パターン１５がそれぞれ配設されている。
【００４６】
配線パターン１５及びパッド１５ａが配設されたウエハー基板３１の各チップ領域上には、配線パターン１５等が配置されたウエハー基板３１の各チップ領域の表面を保護するために、樹脂部材１４上の所定の位置に開口１６ａが設けられた保護膜１６がウエハー基板３１の各チップ領域の全面にわたって形成され、配線パターン１５及びパッド１５ａが露出された樹脂部材１４上に、それぞれ球形状の外部接続電極１７が設けられている。
【００４７】
次に、本実施の形態１の半導体装置の製造方法を、図１（ａ）〜（ｅ）に示す各工程毎に説明する。
【００４８】
まず、図１（ａ）に示すように、ウエハー基板３１における半導体装置が形成される各チップ領域の所定の位置に、アルミニウム等の導電性部材から形成されるチップ電極１２をそれぞれ設けた後、ウエハー基板３１の表面全体にわたって絶縁膜１３を形成し、この絶縁膜１３上におけるチップ電極１２上に開口１３ａをそれぞれ形成する。絶縁膜１３は、例えば、ポリイミド等の樹脂材料をスピンコート等によって、各チップ電極１２を含むウエハー基板３１の全面にわたって積層される。各チップ電極１２上に設けられた絶縁膜１３の各開口１３ａは、フォトリソグラフィ等によって形成される。なお、予め、所定の位置に開口１３ａが形成された絶縁膜１３をウエハー基板３１の表面上に貼り付けるようにしてもよい。
【００４９】
次に、図１（ｂ）に示すように、ウエハー基板３１における各チップ領域の所定の位置に、多数の半球状をした樹脂部材１４を設ける。樹脂部材１４は、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ゴム系樹脂等を用いることができ、使用される材料について、特に限定されない。ただし、低弾性率の特性を有する樹脂を用いれば、半導体装置を回路基板１００に実装した後の熱応力を確実に緩和させることができるために望ましい。また、絶縁膜１３及び後の工程で設けられる配線パターン１５との密着性に優れた材質を用いることが望ましい。樹脂部材１４は、例えば、合成ゴム系樹脂（例えば、扇化学工業（株）製ＬＳＡ−７７０１）を用いて、０．１ｍｍ厚程度の金属製ステンシルによってスクリーン印刷した後に、１７５℃の加熱条件で１時間にわたって硬化させることにより形成することができる。樹脂部材１４は、所定の大きさの半球状とされる。
【００５０】
樹脂部材１４は、スピンコート等によってウエハー基板３１の全面に形成されることなく、上記の印刷法によって、外部接続電極１７が形成される位置のみにそれぞれ独立して形成されており、このため、回路基板への実装後に発生する熱応力による歪みを効果的に緩和することができる。なお、樹脂部材１４は、上記の印刷法によるほか、外部接続電極１７が形成される位置のみにそれぞれ独立して形成することができれば、他の方法により形成してもよい。
【００５１】
次に、図１（ｃ）に示すように、各樹脂部材１４上に、後の工程で設けられる外部接続電極１７に接続されるパッド１５ａと、このパッド１５ａに接続されて、ウエハー基板３１上に所定のパターンを形成して、各チップ電極１２に接続される配線パターン１５とを形成する。このパッド１５ａ及び配線パターン１５の形成方法は、特に限定されず、例えば、公知のリフトオフ法により形成される。
【００５２】
パッド１５ａ及び配線パターン１５は、それぞれの接続位置が樹脂部材１４上になるように、それぞれ形成される。樹脂部材１４は、例えば、各外部接続電極１７のピッチが０．８ｍｍ、パッド１５ａの直径が０．４ｍｍ程度の場合に、パッド１５ａと配線パターン１５との接続位置が樹脂部材１４上に設けられるようにするために、０．５５〜０．６０ｍｍ程度の直径であることが好ましい。
【００５３】
図２は、上記工程によりウエハー基板３１上に形成される樹脂部材１４及び配線パターン１５の配置パターンの一例を示している。
【００５４】
この配線パターンでは、各樹脂部材１４上に設けられたパッド１５ａは、樹脂部材１４の各列に沿って延びる配線パターン１５によって、各チップ電極１２に、それぞれ接続されている。
【００５５】
次に、図１（ｄ）に示すように、配線パターン１５及びパッド１５ａが配置されたウエハー基板３１の各チップ領域の表面を保護するために、各パッド１５ａ上がそれぞれ露出する開口部１６ａを有する保護膜１６をウエハー基板３１上に形成する。この保護膜１６を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、印刷法、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィ法等を用いることができる。フォトリソグラフィ法を用いて保護膜１６を形成する場合には、感光性樹脂を用いたスピンコート等によって保護膜１６を形成した後、後の工程で外部接続電極１７を配置する箇所にのみ開口１６ａを形成する。
【００５６】
次に、図１（ｅ）に示すように、保護膜１６に設けられた各開口部１６ａから露出したパッド１５ａ上に、外部接続電極１７をそれぞれ設ける。この外部接続電極１７は、例えば、Ｓｎをベースとする合金を、ほぼ均一の大きさのボール状に形成して、フラックスとともにパッド１５ａが露出した保護膜１６の開口部１６ａ上に載せた後、リフローすることにより設けることができる。
【００５７】
最後に、ウエハー基板３１の各チップ領域間に設けられたダイシングライン１８に沿ってウエハー基板３１を切断することによりウエハー基板３１をチップ化して、所望のチップ状の大きさになった半導体装置を得る。
【００５８】
以上説明した方法により、回路基板に実装する際の信頼性にすぐれた半導体装置を低コストにて製造することができる。
【００５９】
このようにして製造された半導体装置は、回路基板に設けられた各接続端子に、外部接続電極１７をそれぞれ接続することにより、回路基板に実装される。
【００６０】
なお、上記半導体装置の製造方法は、ウエハープロセスについて説明したが、本発明の半導体装置の製造方法は、このようなウエハープロセスに限定されない。
【００６１】
次に、本実施形態１の半導体装置におけるパッド１５ａ及び配線パターン１５と樹脂部材１４との位置関係について説明する。
【００６２】
図３は、本実施の形態１の半導体装置の１つの外部接続電極１７の周辺部分を拡大して示した拡大図であり、図３（ａ）は、その断面図、図３（ｂ）は、その平面図である。
【００６３】
パッド１５ａは、図３（ａ）及び（ｂ）のＡにて示す領域で外部接続電極１７に接続されており、配線パターン１５における樹脂部材１４の端部上からパッド１５ａにおける外部接続電極１７に接続されるＡの領域までの距離をｘとして示している。そして、配線パターン１５とパッド１５ａとの接続部分がｘ内に位置するように、配線パターン１５及びパッド１５ａが形成されている。
【００６４】
図４は、この距離ｘを変更して、温度サイクル試験によって不良が発生するかを実験した場合における距離ｘと時間との関係を示すグラフである。
【００６５】
この実験では、４８個の樹脂部材１４を設けて、各樹脂部材１４を合成ゴム系樹脂（扇化学工業（株）製ＬＳＡ−７７０１）によって形成し、各樹脂部材１４上に外部接続電極１７を０．８ｍｍのピッチで設置した半導体装置に対して、−４０℃から１２５℃までの昇温を１サイクルとして１時間あたりに３サイクルの昇温を行い、２０００サイクルの昇温を行った場合の半導体装置の中心部分から３．４４ｍｍの距離内に存在する外部接続電極１７の接触状態を判定した。
【００６６】
図４を参照すると、図３に示す距離ｘが６０μｍ以上であるとき、配線パターン１５に配線切れが生じなかった。これは配線パターン１５とパッド１５ａとが接続する接続位置が、樹脂部材１４の端部の近辺に設置された場合には、樹脂部材１４の変形によって接続位置に生じる歪みが大きく、配線切れが生じ易くなっているが、距離ｘが６０μｍ以上であれば、この歪みを緩和することができるために、配線パターン１５の配線切れが生じなかったと考えられる。したがって、距離ｘが、６０μｍ以上であることが好ましい。
【００６７】
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、ウエハー基板３１上に形成される樹脂部材１４及び配線パターン１５等の他の配置例を示している。
【００６８】
外部接続電極１７に対する熱応力の緩和が十分であれば、樹脂部材１４を小さく形成してもよく、例えば、図５（ａ）に示すように、長方形状に形成してもよい。この場合、パッド１５ａに対して配線パターン１５が接続される方向に沿うように樹脂部材１４の長手方向を配置して、その長手方向の寸法を、０．５５〜０．６ｍｍ程度とし、その長手方向と直交する方向の長さが、０．４ｍｍ〜０．４５ｍｍ程度とする。このように、樹脂部材１４を略長方形状として、その面積を小さくしても、パッド１５ａに対する配線パターン１５との接続方向が長く形成されていれば、配線パターン１５とパッド１５ａとの接続部分に生じる歪みを緩和することができる。この場合、半導体装置上の平坦な部分の面積が大きく、配線パターン１５の引き回し自由度が大きくなるため、配線パターン１５を高密度にて配線することができる。
【００６９】
また、図５（ｂ）に示すように、長径が０．５５〜０．６ｍｍ程度、短径が０．４〜０．４５ｍｍ程度の略楕円形状に形成して、樹脂部材１４の面積をさらに小さくして、パッド１５ａに対する配線パターン１５の接続方向を長径方向とすればよい。この場合も、配線パターン１５の引き回し自由度がさらに大きくなる。
【００７０】
さらに、図５（ｃ）に示すように、樹脂部材１４の形状を、パッド１５ａに対して若干大きな円形状であって、配線パターン１５の接続方向に沿って突出した形状とすることにより、樹脂部材１４の面積をさらに小さくすることができ、配線パターン１５の引き回し自由度を大きくとることができる。この場合、樹脂部材１４は、例えば、配線パターン１５の接続方向の長さが、０．５５〜０．６０ｍｍ程度、その方向と直交する直径が、０．４０〜０．４５ｍｍ程度とされる。
【００７１】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２に係る半導体装置及びその製造方法について、図面に基づいて説明する。
【００７２】
本実施の形態２の半導体の製造方法は、実施の形態１の半導体装置の製造方法と同一であるので、その説明は省略する。
【００７３】
図６は、本実施の形態２の半導体装置において、ウエハー基板３１の各チップ領域上の所定の位置に樹脂部材１４を設け、この樹脂部材１４上と各チップ領域の一方の側部上に複数設けられたチップ電極２２とを導通する配線パターン１５を配設する工程が終了した時点におけるウエハー基板３１上の１つのチップ領域を示す上面図である。
【００７４】
本実施の形態２の半導体装置では、各樹脂部材１４をそれぞれ楕円形状とし、各樹脂部材１４の長径方向を、パッド１５ａに対する配線パターン１５の接続方向とされている。なお、各樹脂部材１４の形状は、上記の楕円形状のほか、長方形状等、配線パターン１５の接続方向に長い形状であれば、他の形状であってもよい。そして、各樹脂部材１４上に設けられるパッド１５ａの形状が、パッド１５ａに対する配線パターン１５の接続方向に突出しており、その先端側になるにつれて徐々に細くなっている。このようなパッド１５ａの形状は、例えば、外部接続電極１７のピッチが、０．８ｍｍである場合には、配線パターン１５の接続方向に沿った最大の長さが０．５０〜０．６０ｍｍ程度、その方向と直交する方向の最短の長さが０．４０〜０．４５ｍｍ程度とされる。
【００７５】
他の構成は、実施の形態１の半導体基板の構成と同一であるので、説明は省略する。
【００７６】
パッド１５ａをこのような形状とすることにより、樹脂部材１４の変形による歪みが集中するパッド１５ａと配線パターン１５との接続位置に近接するにつれて、パッド１５ａが滑らかに細くなっているため、樹脂部材１４の変形による歪みを緩和することができる。
【００７７】
また、樹脂部材１４の形状は、実施の形態１に記載された半導体装置と同様に、配線パターン１５の接続方向に沿って長くすることにより、パッド１５ａに対する配線パターン１５の接続位置近傍に発生する応力を緩和することができ、また、半導体基板上に高密度の配線パターンを配設することが可能になるので、望ましい。
【００７８】
なお、外部接続電極１４を設置するピッチが大きい場合、回路基板１００と半導体基板との熱膨張率の差が小さい場合等、外部接続電極１７に発生する応力が小さく、特に応力を緩和する必要がない場合には、必ずしも樹脂部材１４を設ける必要はない。
【００７９】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３に係る半導体装置及びその製造方法について、図面に基づいて説明する。
【００８０】
本実施の形態３の半導体装置の製造方法は、実施の形態１の半導体装置の製造方法と同一であるので、その説明は省略する。
【００８１】
図７は、本実施の形態３の半導体装置において、ウエハー基板３１の各チップ領域上の所定の位置に樹脂部材１４を設け、この樹脂部材１４上と各チップ領域に設けられた複数のチップ電極１２とを導通する配線パターン１５及びパッド１５ａを配設する工程が終了した時点におけるウエハー基板３１の１つのチップ領域の上面図である。
【００８２】
本実施の形態３の半導体装置では、各樹脂部材１４が、ダイシングされて回路基板１００に実装された半導体チップが熱応力で伸縮する方向に対して直交する方向に長くなった楕円形状にそれぞれ形成されており、また、配線パターン１５におけるパッド１５ａとの接続部の近傍部分が、半導体装置が熱応力によって伸縮する方向に対してほぼ直交する方向に延出するように形成されている。なお、各樹脂部材１４は、上記の楕円形状のほか、半導体チップが伸縮する方向に対して直交する方向に長くなる形状であれば、長方形状等の他の形状であってもよい。
【００８３】
他の構成は、実施の形態１の半導体基板の構成と同一であるので、説明は省略する。
【００８４】
このように、本実施の形態３の半導体装置では、ウエハー基板３１が熱応力によって伸縮する方向（図７において矢印で表示する方向）に対して直交する方向に長くなるように樹脂部材１４を形成するとともに、配線パターン１５が、パッド１５ａとの接続部から、ウエハー基板３１が熱応力によって伸縮する方向に対して直交する方向に沿って形成しているので、パッド１５ａと配線パターン１５とが接続する接続位置での歪みが小さく、この接続位置でのクラックの発生を低減することができる。このため、本実施の形態３の半導体装置は、外部接続電極１７のピッチが小さい場合、回路基板１００と半導体装置との熱膨張率の差が大きい場合等、外部接続電極１７に発生する応力が大きい場合、信頼性の基準が厳しい場合にも対応することができ、外部接続電極１７の熱疲労に対する信頼性を維持しながら、配線パターン１５の引出位置の配線不良を防止することができる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置によれば、外部接続電極に接続されるパッドと、半導体基板内に配設される配線パターンとの接続位置を樹脂部材上に配置したため、半導体装置を回路基板へ実装した後に想定される温度サイクル負荷に対して、樹脂部材が変形しても、配線パターンに生じる歪みによる応力を緩和することができ、信頼度にすぐれた半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の半導体装置の製造方法を工程毎に示した断面図である。
【図２】図１（ｃ）に示す工程を終了した時点でのウエハー基板３１のチップ領域を示す上面図である。
【図３】本発明の半導体装置の外部接続電極と配線パターンと樹脂部材との位置関係を説明する概略図であり（ａ）は、その断面図、（ｂ）は、その平面図である。
【図４】配線パターンにおける樹脂部材上の端部からパッドと外部接続電極との接続位置までの距離ｘと、温度サイクル試験の結果との関係を表わすグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図１（ｃ）に示す工程を終了した時点でのウエハー基板３１の樹脂部材及びパッドの形状の他の例を示す上面図である。
【図６】本発明の実施の形態２におけるパッドおよび配線パターンを形成する工程が終了した時点でのウエハー基板３１のチップ領域を示す上面図である。
【図７】本発明の実施の形態３におけるパッドおよび配線パターンを形成する工程が終了した時点でのウエハー基板３１のチップ領域を示す上面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、従来の半導体装置の回路基板への実装を示す断面図である。
【図９】従来の他の半導体装置の回路基板への実装を示す断面図である。
【図１０】従来のさらに他の半導体装置を示す平面図である。
【図１１】図９に示す半導体装置の１つの外部接続電極周辺を拡大した図であり、（ａ）は、その断面図、（ｂ）は、平面図である。
【符号の説明】
１１ 半導体チップ
１２ チップ電極
１３ 絶縁膜
１４ 樹脂部材
１５ 配線パターン
１５ａ パッド
１６ 保護膜
１７ 外部接続電極
１８ ダンシングライン
２１ 半導体チップ
３１ ウエハー基板
１００ 回路基板
Claims (7)
- 半導体素子が設けられた半導体基板上の所定の位置に適当な厚さで突出するように設けられた樹脂部材と、該樹脂部材上に設けられたパッドと、該パッド上に設けられて回路基板への実装時に該回路基板に設けられた接続端子に接続される外部接続電極と、前記半導体素子に導通するように前記半導体基板上に設けられたチップ電極と、該チップ電極と前記樹脂部材上のパッドとを接続するように前記半導体基板上に所定のパターンにて形成された配線パターンとを有し、
前記パッドと前記配線パターンとの接続位置が、前記樹脂部材上に形成されており、
前記樹脂部材は、前記パッドに対する前記配線パターンの接続方向に沿って長く形成されており、
前記樹脂部材の長手方向および前記配線パターンの前記パッドに対する接続方向は、前記半導体基板が熱応力によって伸縮する方向に対して、略直交する方向に設けられていることを特徴とする半導体装置。 - 半導体素子が設けられた半導体基板上の所定の位置に適当な厚さで突出するように設けられた樹脂部材と、該樹脂部材上に設けられたパッドと、該パッド上に設けられて回路基板への実装時に該回路基板に設けられた接続端子に接続される外部接続電極と、前記半導体素子に導通するように前記半導体基板上に設けられたチップ電極と、該チップ電極と前記樹脂部材上のパッドとを接続するように前記半導体基板上に所定のパターンにて形成された配線パターンとを有する半導体装置であって、
前記パッドと前記配線パターンとの接続位置が、前記樹脂部材上に形成されており、
前記パッドは、前記配線パターンとの接続方向に突出しており、その幅寸法が突出方向の先端側になるにつれて順次狭くなっていることを特徴とする半導体装置。 - 前記樹脂部材は、長方形状に形成されている、請求項１または２に記載の半導体装置。
- 前記樹脂部材は、略楕円形状に形成されている、請求項１または２に記載の半導体装置。
- 前記樹脂部材は、前記パッドに対する前記配線パターンの接続方向に沿って突出しており、その幅寸法が突出方向の先端側になるにつれて順次狭くなっている、請求項１または２に記載の半導体装置。
- 請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
半導体素子が設けられた半導体基板上に前記半導体素子に導通するようにチップ電極を設ける工程と、
次いで、前記半導体基板の前記チップ電極が設けられていない位置に所定高さで突出する樹脂部材を設ける工程と、
次いで、前記樹脂部材上にパッドを設けるとともに、該パッドに前記樹脂部材上にて接続された配線パターンを、前記チップ電極に接続されるように所定のパターンで前記半導体基板上に形成する工程と、
次いで、前記パッド上に外部接続電極を設ける工程とを包含し、
前記樹脂部材を設ける工程において、前記樹脂部材を、前記パッドに対する前記配線パターンの接続方向に沿って長くなるように、かつ、前記樹脂部材の長手方向および前記配線パターンの前記パッドに対する接続方向を、前記半導体基板が熱応力によって伸縮する方向に対して略直交する方向になるように形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項２に記載の半導体装置の製造方法であって、
半導体素子が設けられた半導体基板上に前記半導体素子に導通するようにチップ電極を設ける工程と、
次いで、前記半導体基板の前記チップ電極が設けられていない位置に所定高さで突出する前記樹脂部材を設ける工程と、
次いで、前記樹脂部材上にパッドを設けるとともに、該パッドに前記樹脂部材上にて接続された配線パターンを、前記チップ電極に接続されるように所定のパターンで前記半導 体基板上に形成する工程と、
次いで、前記パッド上に外部接続電極を設ける工程とを包含し、
前記樹脂部材を設ける工程において、前記パッドを、前記配線パターンとの接続方向に突出するように、かつ、その幅寸法が突出方向の先端側になるにつれて順次狭くなるように形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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