JP3807666B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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- H01L2924/35—Mechanical effects
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＳＰ（Chip Size Package）構造の半導体装置に関わり、特にインターポーザ基板を備えて、熱応力を緩和して疲労破壊を回避する電極構造を備える半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップを、インターポーザ基板を介してプリント基板等に実装する方法として、インターポーザ基板上に半田バンプ電極を形成し、この半田バンプ電極を介してプリント基板に実装する方法が知られている。この場合の構成例を図１５に示す。すなわち、絶縁層１０１上に配線パターン層１０２が形成されたインターポーザ基板１００を備え、配線パターン層１０２に半導体チップ１０３が例えばハンダボールを介して実装される。また、インターポーザ基板１００の表面側には半導体チップ１０３全体を覆う封止膜１０４が設けられる。そして、絶縁層１０１に設けられたコンタクトホールを介して配線パターン層１０２に接続される半田バンプ電極１０５が形成され、この半田バンプ電極１０５を介して、図示しないプリント基板等の接続パッドに接続して実装される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、こうした実装形態では、半導体チップとインターポーザ基板、およびこの半導体装置が実装されるプリント基板との熱膨張係数の不一致から生じる熱応力が半田バンプ電極部分にかかることになる。しかるに、半田バンプ電極の根本部分となる絶縁層に設けられたコンタクトホール部分は、ハンダボールを形成する際にハンダが容易に流れ込む寸法を有していなければならないため、この部分を小さくするには限界があった。
【０００４】
この結果、図１５に図示されている如く、従来の半田バンプ電極１０５は、根本部分を含めて全体が略同程度の太さを持った突起形状となっていた。このため、ハンダ金属の持つ柔軟性により熱応力をある程度吸収し得るものの充分でなく、温度サイクルによる疲労破壊により半田バンプ電極の根本部分にクラックが入り、断線することがある、という問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、インターポーザ基板を介して半導体チップを実装する構成において、熱応力を緩和して疲労破壊による断線を回避することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、所定の配線パターンが形成された配線層を有し、該配線層の一面上には半導体チップが実装されるインターポーザ基板を備え、前記配線層の他面上には、該配線層に接続して立設されるワイヤバンプと、該ワイヤバンプが立設される箇所に該ワイヤバンプが延出するように設けられた弾性樹脂と、前記ワイヤバンプを心棒にした半田ボールからなるバンプ電極とを備え、前記弾性樹脂は前記ワイヤバンプが延出する部分が頂部とされた凸形状であり、且つ前記バンプ電極は前記弾性樹脂の頂部と当接して配置されることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、前記配線層は複数の導体層を備えることを特徴とする。請求項３に記載の発明では、前記インターポーザ基板は、前記配線層の他面上に、前記ワイヤバンプが立設される箇所にコンタクトホールを備えた絶縁層を備えることを特徴とする。請求項４に記載の発明では、前記弾性樹脂は、前記コンタクトホール内に充填され、前記ワイヤバンプの根本部分が該弾性樹脂により固定されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の発明では、前記弾性樹脂は、前記絶縁層の表面を覆って設けられ、且つ前記コンタクトホール内に該弾性樹脂が充填され、前記ワイヤバンプの根本部分が該弾性樹脂により固定されていることを特徴とする。請求項６に記載の発明では、前記ワイヤバンプ周辺の弾性樹脂に金属粒子が付着固定されていることを特徴とする。請求項７に記載の発明では、前記ワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂が塗布硬化され、前記ワイヤバンプの根本部分が該弾性樹脂により固定されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項８に記載の発明では、前記配線層の他面上および前記ワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂が塗布硬化され、前記ワイヤバンプの根本部分が該弾性樹脂により固定されていることを特徴とする。
請求項９に記載の発明では、前記ワイヤバンプ周辺の弾性樹脂に金属粒子が付着固定されていることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明では、前記ワイヤバンプの根本部分に金属粒子を混入拡散させた弾性樹脂が塗布硬化され、前記ワイヤバンプの根本部分が該弾性樹脂により固定されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１１に記載の発明では、所定の配線パターンが形成された配線層を有し、該配線層の表面上に半導体チップが実装され、該配線層の裏面上に所定のコンタクトホールが穿設された絶縁層が積層されたインターポーザ基板を準備する工程と、前記絶縁層に穿設された前記コンタクトホールを介して前記配線層の裏面上に、該配線層に接続されるワイヤバンプを立設する工程と、該ワイヤバンプが延出するとともに該ワイヤバンプが延出する部分が頂部とされた凸形状なるように前記コンタクトホール内に弾性樹脂を充填して前記ワイヤバンプの根本部分を前記弾性樹脂により固定する工程と、前記ワイヤバンプを心棒にした半田ボールを前記弾性樹脂の頂部と当接するように設けてバンプ電極を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項１２に記載の発明では、前記コンタクトホール内に前記弾性樹脂を充填して前記ワイヤバンプの根本部分を前記弾性樹脂により固定すると同時に、前記絶縁層の表面を弾性樹脂で覆う工程を備えることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明では、前記コンタクトホール内に前記弾性樹脂を充填して前記ワイヤバンプの根本部分を前記弾性樹脂により固定する工程の後であって、前記バンプ電極を形成する工程の前に、前記ワイヤバンプ周辺の弾性樹脂に金属粒子を付着固定する第２の工程とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項１４に記載の発明では、所定の配線パターンが形成された配線層を有し、該配線層の一面上には半導体チップが実装されるインターポーザ基板を準備する工程と、前記配線層の他面上に、該配線層に接続されるワイヤバンプを立設する工程と、該ワイヤバンプが延出するとともに該ワイヤバンプが延出する部分が頂部とされた凸形状なるように前記ワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂を塗布硬化させて前記ワイヤバンプの根本部分を前記弾性樹脂により固定する工程と、前記ワイヤバンプを心棒にした半田ボールを前記弾性樹脂の頂部と当接するように設けてバンプ電極を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項１５に記載の発明では、前記ワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂を塗布硬化させて前記ワイヤバンプの根本部分を前記弾性樹脂により固定すると同時に、前記配線層の他面上を覆って弾性樹脂を塗布硬化させて、該ワイヤバンプの根本部分を該弾性樹脂により固定する工程を備えることを特徴とする。
請求項１６に記載の発明では、前記ワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂を塗布硬化させて前記ワイヤバンプの根本部分を前記弾性樹脂により固定する工程の後であって、前記バンプ電極を形成する工程の前に、前記ワイヤバンプの根本部分の前記弾性樹脂の表面に金属粒子を付着固定する工程を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項１７に記載の発明では、前記ワイヤバンプを立設する工程の前に、前記配線層の他面上に、前記ワイヤバンプが立設される箇所に開口部を備えたソルダレジスト層を形成する工程を備えることを特徴とする。
請求項１８に記載の発明では、所定の配線パターンが形成された配線層を有し、該配線層の一面上には半導体チップが実装されるインターポーザ基板を準備する工程と、前記配線層の他面上に、該配線層に接続されるワイヤバンプを立設する工程と、該ワイヤバンプが延出するとともに該ワイヤバンプが延出する部分が頂部とされた凸形状なるように前記ワイヤバンプの根本部分に金属粒子を混入拡散させた弾性樹脂を塗布硬化させて、該ワイヤバンプの根本部分を該弾性樹脂により固定する工程と、前記ワイヤバンプを心棒にした半田ボールを前記弾性樹脂の頂部と当接するように設けてバンプ電極を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明では、半導体チップが実装されるインターポーザ基板の配線層に接続されるワイヤバンプを立設し、当該ワイヤバンプが立設される箇所に該ワイヤバンプが延出するように弾性樹脂を設け、前記ワイヤバンプを心棒にした半田ボールを設けてバンプ電極を形成し、前記弾性樹脂は前記ワイヤバンプが延出する部分が頂部とされた凸形状であり、且つ前記バンプ電極は前記弾性樹脂の頂部と当接して配置される構成を備え、配線層上に、ワイヤバンプが立設される箇所にコンタクトホールを備える絶縁層を備える場合、５０〜１００μφという小さいコンタクトホールであっても、ワイヤバンプによって半田がコンタクトホール内部に浸透して充填される結果、このコンタクトホール部分におけるバンプ電極の柔軟性が保たれ、かつコンタクトホール自体がポリイミド膜などの絶縁層に穿設されていることも相俟って、インターポーザ基板側とデバイスチップ側および当該半導体装置が実装されるプリント基板との熱膨張係数の不一致から生じる熱応力を、コンタクトホール部分で分散して疲労破壊を回避することができる。また、例え熱応力によって絶縁層とバンプ電極のボール状部分との境界部分又は根本の部分の半田層部分にクラックが生じたとしても、バンプ電極の心棒であるワイヤバンプが配線層にボンディングされている為、導通性は強固に維持される。さらに、凸形状の弾性樹脂の頂部と当接してバンプ電極を配置することにより、バンプ電極の下面での接触領域が確保されるので、バンプ電極を安定に配置することができる。
【００１６】
また、本発明では、インターポーザ基板の絶縁層に穿設されたコンタクトホール内に弾性樹脂を充填してワイヤバンプの根本部分を樹脂により固定する構成を備えるので、ワイヤバンプの根本部分が弾性樹脂に埋め込まれる形になる結果、ワイヤバンプの根本部分の強度が向上してワイヤバンプが配線パターン層から剥がれることが防止され、加えて、弾性樹脂の持つ弾性により熱応力を緩和し得る。 さらに、絶縁層全面を弾性樹脂で覆いつつコンタクトホールに弾性樹脂を充填する態様にすれば、コンタクトホールに充填された弾性樹脂の部分のみならず、絶縁層全体で熱応力を吸収するから、熱応力が大きく緩和されて、更に疲労破壊を回避し得る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（１）第１の実施形態
図１〜図６は、第１の実施形態による半導体装置の構造およびその製造工程を示す断面図である。図１において、１は配線パターン層２および絶縁フィルム層３から構成されるインターポーザ基板である。絶縁フィルム層３はポリイミド膜等から形成されており、配線パターン層２に対応する箇所には予めコンタクトホールＣＨが穿設されている。
また、図１〜図６においては、配線パターン層２が単層で形成される場合を示しているが、これに限るものではなく、多層の配線層により構成されているようにしてもよい。このコンタクトホールＣＨは、後述するように、ワイヤバンプ５が立設されるため、小さい径（５０〜１００μφ）とすることができる。
【００１８】
配線パターン層２上には、図２に図示するように、半導体チップ１０がバンプボンディングされる。インターポーザ基板１上に半導体チップ１０がバンプボンディングされた後は、図３に図示する通り、半導体チップ１０全体を覆うようにインターポーザ基板１の表面側を樹脂でモールドして封止層４を形成する。樹脂封止後は、必要に応じてパッケージの薄膜化研磨処理を行う。
次に、図４に図示するように、ワイヤボンダーを用いて絶縁フィルム層３の各コンタクトホールＣＨを介して配線パターン層２上にワイヤバンプ５を形成する。ワイヤバンプ５には、金や銅など半田と濡れ性の良い金属材料を用いる。
【００１９】
この後、各コンタクトホールＣＨに立設されたワイヤバンプ５に半田印刷等のメタライズ処理を施した後、リフローを行って各ワイヤバンプ５を心棒にしたバンプ電極６を形成する（図５参照）。この後、こうしたバンプ電極６を備えるパッケージは、図６に示すように、予め定められたダイシングラインに沿って個片カットされ、これにより半導体チップ１０をインターポーザ基板１にフェイスダウンボンディングで実装したＣＳＰ（Chip Size Package）構造の半導体装置２０が形成される。こうして形成された半導体装置２０は、プリント基板（図示せず）の所定の接続パッドにバンプ電極６を介して実装される。
【００２０】
この場合、前述のように、コンタクトホールＣＨの径は５０〜１００μφとしている。この寸法では、ハンダ金属の表面張力により、通常は半田が入り込まないが、半田と濡れ性の良い金属材料で形成されるワイヤバンプ５がコンタクトホールＣＨ内に立設されている為、ワイヤバンプ５の表面を介して当該コンタクトホールＣＨ内部に半田が浸透する。
【００２１】
したがって、５０〜１００μφという小さいコンタクトホールＣＨであっても、ワイヤバンプ５によって半田がコンタクトホールＣＨ内部に充填される結果、バンプ電極６の形状を、図５、図６に図示の如く、先端がボール状に形成されるとともに根本部分を比較的細くした形状とすることができる。
この形状により、コンタクトホールＣＨ部分においてバンプ電極の柔軟性が保たれ、かつコンタクトホールＣＨ自体がポリイミド膜などの絶縁フィルム層３に穿設されていることも相俟って、インターポーザ基板１側とデバイスチップ１０側との熱膨張係数の不一致から生じる熱応力、およびインターポーザ基板１とプリント基板（図示せず）との熱膨張係数の不一致から生じる熱応力を、各コンタクトホールＣＨ部分におけるワイヤバンプ５および半田層、更には絶縁フィルム層３で緩和して分散することが可能になっている。
【００２２】
また、このような電極構造によれば、例え熱応力によって絶縁フィルム層３とバンプ電極６のボール状部分との境界部分又は根本の部分の半田層部分にクラックが生じたとしても、バンプ電極６の心棒であるワイヤバンプ５が配線パターン層２にボンディングされており、バンプ電極６と配線パターン層２との導通が保たれている為、断線することなく、導通性は強固に維持され、信頼性を向上させることができる。
【００２３】
また、前述のように、絶縁フィルム層３に設けるコンタクトホールＣＨの径を小さくすることができるため、絶縁フィルム層３に積層して形成される配線パターン層２において、例えば各コンタクトホールＣＨ間により多くの配線パターンを設けることが可能となり、配線密度を向上させることができる。これにより、例えば配線パターン層２が多層の配線層を有している場合、この配線の層数を減らすことも可能となる。
【００２４】
更には、このバンプ電極６はワイヤバンプ５を心棒にして形成されているため、従来の半田のみで形成されている半田バンプ電極１０５に比べて、バンプ電極６の高さを高くすることができる。これにより、応力緩和に寄与する部分を長くすることができて、応力緩和が可能な範囲を更に大きくすることができる。
【００２５】
（２）第２の実施形態
次に、図７を参照して第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、先ず図７（イ）に示すように、上述した第１の実施形態と同様、ワイヤボンダーを用いて絶縁フィルム層３のコンタクトホールＣＨを介して配線パターン層２にワイヤバンプ５を形成した後（図４参照）、コンタクトホールＣＨ内にシリコン系樹脂あるいはエポキシ系樹脂等の弾性樹脂１１を充填して硬化する。この後、同図（ロ）に示すように、上記第１実施形態と同様に、各コンタクトホールＣＨに立設されたワイヤバンプ５に半田印刷等のメタライズ処理を施し、リフローを行って各ワイヤバンプ５を心棒にしたバンプ電極６を形成する。
【００２６】
ここで、コンタクトホールＣＨに樹脂を充填するには、例えば溶融した弾性樹脂１１を例えば、インクジェット方式で注入したり、あるいは滴下させる方式などを用いる。
このような電極構造によれば、ワイヤバンプ５の根本部分が弾性樹脂１１に埋め込まれる形になる為、ワイヤバンプ５の根本部分の強度が向上してワイヤバンプ５が配線パターン層２から剥がれることが防止される。加えて、弾性樹脂１１の持つ弾性により熱応力を緩和し得る。
【００２７】
第２の実施形態の変形例としては、例えば図８に図示する電極構造も考えられる。図８に示す電極構造は、溶融した弾性樹脂１１を絶縁フィルム層３の表面に塗布し、これによって絶縁フィルム層３全面を弾性樹脂１１で覆いつつコンタクトホールＣＨに弾性樹脂１１を充填するものである。
このようにすれば、コンタクトホールＣＨに充填された弾性樹脂１１の部分のみならず、絶縁フィルム層３の表面に設けられた部分全体で熱応力を吸収することになるため、熱応力が大きく緩和されて、更に疲労破壊を回避し得るようになる。
【００２８】
（３）第３の実施形態
次に、図９を参照して第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、先ず図９（イ）に示すように、上述した第２の実施形態（図７参照）と同様、ワイヤボンダーを用いて絶縁フィルム層３のコンタクトホールＣＨを介して配線パターン層２にワイヤバンプ５を形成してからそのコンタクトホールＣＨ内にインクジェット方式にてシリコン系樹脂やエポキシ系樹脂等の弾性樹脂１１を充填する。次に、コンタクトホールＣＨに充填した弾性樹脂１１を硬化させる以前に、銅等の金属粒子１２を、例えば吹き付けることによって、ワイヤバンプ５周辺の弾性樹脂１１に付着させる。
【００２９】
この後、弾性樹脂１１を硬化させ、ワイヤバンプ５周辺の弾性樹脂１１に付着させた金属粒子１２を樹脂表面に固定する（図９（ロ）参照）。なお、ワイヤバンプ５周辺以外の箇所に余分な金属粒子１２が残っている場合は除去する。これは、例えば吹き飛ばすことによって行うようにしてもよい。そして、ワイヤバンプ５周辺の弾性樹脂１１の表面に金属粉体１２が固定されたら、図９（ハ）に示すように、ワイヤバンプ５に半田印刷を施した後、リフローを行ってワイヤバンプ５を心棒にしたバンプ電極６を形成する。
【００３０】
このように、第３の実施形態によれば、ワイヤバンプ５周辺の弾性樹脂１１の表面に銅等の金属粒子１２を付着固定していることによって、この部分の半田濡れ性を良くしてからワイヤバンプ５に半田印刷を施した後、リフローを行ってワイヤバンプ５を心棒にしたバンプ電極６を形成する為、前述した第２の実施形態と同様の効果に加え、バンプ電極６の半田金属と弾性樹脂１１との密着性が向上するため、更に熱応力を緩和し得るようになる。
【００３１】
（４）第４の実施形態
次に、図１０を参照して第４の実施形態について説明する。第４の実施形態では、図１０（イ）に示すように、前述した第２の実施形態の変形例（図８参照）と同様、溶融した弾性樹脂１１を絶縁フィルム層３の表面に塗布し、これによって絶縁フィルム層３表面を弾性樹脂１１で覆いつつコンタクトホールＣＨに弾性樹脂１１を充填する。
ここで、弾性樹脂１１はＵＶ硬化性を有しているものとする。次に、同図（ロ）に示すように、ワイヤバンプ５の周囲部分を遮光するマスクＭを用いてＵＶ照射を行う。これによって、ワイヤバンプ５の周囲部分を除いた部分の弾性樹脂１１をＵＶ硬化させる。
【００３２】
続いて、図１０（ハ）に示すように、未硬化状態にあるワイヤバンプ５周辺の弾性樹脂１１の表面に銅等の金属粒子１２を、例えば吹き付けることによって、付着させた後、ワイヤバンプ５周辺の弾性樹脂１１を硬化させて金属粒子１２を樹脂表面に固定する。こうして半田濡れ性を良くした後、ワイヤバンプ５に半田印刷を施してリフローを行い、ワイヤバンプ５を心棒にしたバンプ電極６を形成する。
【００３３】
こうした第４の実施形態によれば、樹脂表面の半田濡れ性を良くしたことによる前述した第３の実施形態と同様の効果に加え、絶縁フィルム層３の表面に設けられた弾性樹脂部分全体で熱歪を吸収することになるため、熱応力を緩和して疲労破壊を更に回避し得るようになる。
【００３４】
（５）第５の実施形態
上述した第１〜第４の実施形態では、インターポーザ基板が配線パターン層上に絶縁フィルム層が形成されて構成されるものとして、絶縁フィルム層３に穿設されたコンタクトホールＣＨ内部にワイヤバンプ５を立設するものについて言及したが、インターポーザ基板の構成はこれに限るものではなく、例えば配線パターン層が多層構造を有し、配線パターン層上に絶縁フィルム層が形成されていない構成のものもあり、第５〜第７の実施形態はインターポーザ基板がこのような構成を有する場合に対応したものである。これらの実施形態では、インターポーザ基板１上の配線パターン層２に直接ワイヤバンプ５を立設する構成を備える。
【００３５】
図１１を参照して第５の実施形態について説明する。第５の実施形態では、先ず図１１（イ）に示すように、インターポーザ基板１上の配線パターン層２に、ワイヤボンダーを用いてワイヤバンプ５を形成した後、このワイヤバンプ５の根本部分に例えば、インクジェット方式等により弾性樹脂１１を塗布して硬化する。次いで、同図（ロ）に示すように、ワイヤバンプ５に半田印刷等のメタライズ処理を施し、リフローを行って各ワイヤバンプ５を心棒にしたバンプ電極６を形成する。
これにより、ワイヤバンプ５はその根本部分が弾性樹脂１１に埋め込まれる為、ワイヤバンプ５の根本部分の強度が向上してワイヤバンプ５が配線パターン層２から剥がれることが防止されるとともに、ワイヤバンプ５のみならず弾性樹脂１１の持つ弾性により熱応力を緩和することが可能になる。
【００３６】
第５の実施形態の変形例としては、例えば図１２に図示する電極構造も考えられる。図１２に示す電極構造は、溶融した弾性樹脂１１をインターポーザ基板１の表面に塗布し、これによってインターポーザ基板１の表面およびワイヤバンプ５の根本部分を弾性樹脂１１で覆うものである。
このようにすれば、ワイヤバンプ５およびワイヤバンプ５を覆う弾性樹脂１１のみならず、インターポーザ基板１の表面に設けられた弾性樹脂１１全体で熱応力を吸収することになるため、熱応力が大きく緩和されて、更に疲労破壊を回避し得る。
【００３７】
（６）第６の実施形態
次に、図１３を参照して第６の実施形態について説明する。第６の実施形態では、図１３に図示するように、インターポーザ基板１上に配線パターン層２を開口するようソルダレジスト層１３を形成した後、配線パターン層２にワイヤバンプ５を立設する。
続いて、銅等の金属粒子を混入拡散させて半田濡れ性を向上させた弾性樹脂１１を、ワイヤバンプ５の根本部分に例えば、インクジェット方式等により塗布して硬化する。この後、ワイヤバンプ５に半田印刷を施してリフローを行い、ワイヤバンプ５を心棒にしたバンプ電極６を形成する。
このような電極構造によれば、弾性樹脂１１の半田濡れ性が向上されているため、バンプ電極６の半田金属と弾性樹脂１１との密着性が向上するため、弾性樹脂１１による熱応力の緩和が更に促進される。
【００３８】
（７）第７の実施形態
次に、図１４を参照して第７の実施形態について説明する。第７の実施形態では、前述した第５の実施形態の変形例（図１２参照）と同様、溶融した弾性樹脂１１をインターポーザ基板１の表面に塗布し、これによってインターポーザ基板１の表面およびワイヤバンプ５の根本部分を弾性樹脂１１で覆う。
次いで、第４の実施形態と同様に、例えばワイヤバンプ５の周囲部分を遮光するマスクを用いてＵＶ照射を行うことによって（図１０（ロ）参照）、こうして塗布された弾性樹脂１１の内、ワイヤバンプ５の周囲以外をＵＶ硬化させ、未硬化状態にあるワイヤバンプ５周辺の弾性樹脂１１の表面に銅等の金属粒子１２を、例えば吹き付けることによって、付着させた後、ワイヤバンプ５周辺の弾性樹脂１１を硬化させて金属粒子１２を樹脂表面に固定する。こうしてワイヤバンプ５周辺の弾性樹脂１１の半田濡れ性を向上させる。
【００３９】
この後、ワイヤバンプ５に半田印刷を施してリフローを行い、ワイヤバンプ５を心棒にしたバンプ電極６を形成する。
こうした電極構造によれば、第５の実施形態の変形例と同様に、弾性樹脂１１に覆われたワイヤバンプ５のみならず、インターポーザ基板１の表面に設けられた弾性樹脂１１全体で熱応力を吸収するとともに、ワイヤバンプ５の周辺の弾性樹脂１１の半田濡れ性が向上されているため、バンプ電極６の半田金属と弾性樹脂１１との密着性が向上するため、弾性樹脂１１による熱応力をの緩和が更に促進されて、疲労破壊を回避できる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１〜３に記載の発明によれば、半導体チップが実装されるインターポーザ基板の配線層に接続されるワイヤバンプを立設し、当該ワイヤバンプが立設される箇所に該ワイヤバンプが延出するように設けられた弾性樹脂と、前記ワイヤバンプを心棒にした半田ボールを設けてバンプ電極を形成し、前記弾性樹脂は前記ワイヤバンプが延出する部分が頂部とされた凸形状であり、且つ前記バンプ電極は前記弾性樹脂の頂部と当接して配置される構成を備え、配線層上に、ワイヤバンプが立設される箇所にコンタクトホールを備える絶縁層を備える場合、コンタクトホールを５０〜１００μφに小さくしても、ワイヤバンプによって半田がコンタクトホール内部に浸透して充填される結果、このコンタクトホール部分におけるバンプ電極の柔軟性が保たれ、かつコンタクトホール自体がポリイミド膜などの絶縁層に穿設されていることも相俟って、インターポーザ基板側とデバイスチップ側および当該半導体装置が実装されるプリント基板との熱膨張係数の不一致から生じる熱応力をコンタクトホール部分で分散して疲労破壊を回避することができる。また、例え熱応力によって絶縁層とバンプ電極のボール状部分との境界部分又は根本の部分の半田層部分にクラックが生じたとしても、バンプ電極の心棒であるワイヤバンプが配線層にボンディングされている為、導通性を強固に維持することができ、信頼性を向上させることができる。また、コンタクトホールを小さくできる為、配線層の配線パターンをより高密度にすることができる。さらに、凸形状の弾性樹脂の頂部と当接してバンプ電極を配置することにより、バンプ電極の下面での接触領域が確保されるので、バンプ電極を安定に配置することができる。
請求項４，１１に記載の発明によれば、インターポーザ基板の絶縁層に穿設されたコンタクトホール内に弾性樹脂を充填してワイヤバンプの根本部分を樹脂により固定する構成を備えるので、ワイヤバンプの根本部分が弾性樹脂に埋め込まれる形になる結果、ワイヤバンプの根本部分の強度が向上してワイヤバンプが配線パターン層から剥がれることが防止され、加えて、弾性樹脂の持つ弾性により熱応力を緩和できる。
請求項５，１２に記載の発明によれば、絶縁層全面を弾性樹脂で覆いつつコンタクトホールに弾性樹脂を充填するので、コンタクトホールに充填された弾性樹脂の部分のみならず、絶縁層全体で熱応力を吸収するから、熱応力が大きく緩和されて、更に疲労破壊を回避できる。
請求項６，１３に記載の発明によれば、ワイヤバンプ周辺の弾性樹脂に金属粒子を付着固定させ、この金属粒子の付着固定により半田濡れ性が向上された樹脂上に半田ボールを形成してバンプ電極を形成したので、バンプ電極の半田金属と弾性樹脂との密着性が向上して、更に熱応力を緩和し得る。
請求項７，１４に記載の発明によれば、配線層に立設されたワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂を塗布硬化して、ワイヤバンプの根本部分を弾性樹脂で埋め込み固定する為、ワイヤバンプの根本部分の強度が向上してワイヤバンプが配線層から剥がれることが防止されるとともに、ワイヤバンプのみならず弾性樹脂の持つ弾性により熱応力を緩和することができる。
請求項８，１５に記載の発明によれば、インターポーザ基板の配線層全面を弾性樹脂で覆いつつワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂を塗布硬化して、ワイヤバンプの根本部分を弾性樹脂で埋め込み固定する為、ワイヤバンプ周囲の弾性樹脂のみならずインターポーザ基板全体で熱応力を吸収するから、熱応力が大きく緩和されて、更に疲労破壊を回避することができる。
請求項９，１６に記載の発明によれば、ワイヤバンプ周辺の配線層上の弾性樹脂に金属粒子を付着固定させ、この金属粒子の付着固定により半田濡れ性が向上された樹脂上に半田ボールを形成してバンプ電極を形成したので、バンプ電極の半田金属と弾性樹脂との密着性が向上して、更に熱応力を緩和し得る。
請求項１７に記載の発明によれば、配線層の他面上に、前記ワイヤバンプが立設される箇所に開口部を備えたソルダレジスト層を形成する工程を備えるので、弾性樹脂の半田濡れ性が向上されて、バンプ電極の半田金属と弾性樹脂との密着性が向上し、弾性樹脂による熱応力の緩和が更に促進される。
請求項１０，１８に記載の発明によれば、配線層に立設されたワイヤバンプの根本部分に金属粒子を混入拡散させた弾性樹脂を塗布硬化して、ワイヤバンプの根本部分を該弾性樹脂で埋め込み固定する為、ワイヤバンプの根本部分の強度が向上してワイヤバンプが配線層から剥がれることが防止され、弾性樹脂の持つ弾性により熱応力を緩和することができるとともに、弾性樹脂の半田濡れ性が良いため、バンプ電極の半田金属と弾性樹脂との密着性が向上して、更に熱応力を緩和し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態による半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図２】図１に続く製造工程を説明するための断面図である。
【図３】図２に続く製造工程を説明するための断面図である。
【図４】図３に続く製造工程を説明するための断面図である。
【図５】図４に続く製造工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に続く製造工程を説明するための断面図である。
【図７】第２の実施形態を示す断面図である。
【図８】第２の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図９】第３の実施形態を示す断面図である。
【図１０】第４の実施形態を示す断面図である。
【図１１】第５の実施形態を示す断面図である。
【図１２】第５の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図１３】第６の実施形態を示す断面図である
【図１４】第７の実施形態を示す断面図である。
【図１５】従来の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ インターポーザ基板
２ 配線パターン層
３ 絶縁フィルム層
４ 封止層
５ ワイヤバンプ
６ バンプ電極
１０ 半導体チップ
１１ 弾性樹脂
１２ 金属粒子
１３ ソルダレジスト層
２０ 半導体装置
ＣＨ コンタクトホール
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＳＰ（Chip Size Package）構造の半導体装置に関わり、特にインターポーザ基板を備えて、熱応力を緩和して疲労破壊を回避する電極構造を備える半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップを、インターポーザ基板を介してプリント基板等に実装する方法として、インターポーザ基板上に半田バンプ電極を形成し、この半田バンプ電極を介してプリント基板に実装する方法が知られている。この場合の構成例を図１５に示す。すなわち、絶縁層１０１上に配線パターン層１０２が形成されたインターポーザ基板１００を備え、配線パターン層１０２に半導体チップ１０３が例えばハンダボールを介して実装される。また、インターポーザ基板１００の表面側には半導体チップ１０３全体を覆う封止膜１０４が設けられる。そして、絶縁層１０１に設けられたコンタクトホールを介して配線パターン層１０２に接続される半田バンプ電極１０５が形成され、この半田バンプ電極１０５を介して、図示しないプリント基板等の接続パッドに接続して実装される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、こうした実装形態では、半導体チップとインターポーザ基板、およびこの半導体装置が実装されるプリント基板との熱膨張係数の不一致から生じる熱応力が半田バンプ電極部分にかかることになる。しかるに、半田バンプ電極の根本部分となる絶縁層に設けられたコンタクトホール部分は、ハンダボールを形成する際にハンダが容易に流れ込む寸法を有していなければならないため、この部分を小さくするには限界があった。
【０００４】
この結果、図１５に図示されている如く、従来の半田バンプ電極１０５は、根本部分を含めて全体が略同程度の太さを持った突起形状となっていた。このため、ハンダ金属の持つ柔軟性により熱応力をある程度吸収し得るものの充分でなく、温度サイクルによる疲労破壊により半田バンプ電極の根本部分にクラックが入り、断線することがある、という問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、インターポーザ基板を介して半導体チップを実装する構成において、熱応力を緩和して疲労破壊による断線を回避することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、所定の配線パターンが形成された配線層を有し、該配線層の一面上には半導体チップが実装されるインターポーザ基板を備え、前記配線層の他面上には、該配線層に接続して立設されるワイヤバンプと、該ワイヤバンプが立設される箇所に該ワイヤバンプが延出するように設けられた弾性樹脂と、前記ワイヤバンプを心棒にした半田ボールからなるバンプ電極とを備え、前記弾性樹脂は前記ワイヤバンプが延出する部分が頂部とされた凸形状であり、且つ前記バンプ電極は前記弾性樹脂の頂部と当接して配置されることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、前記配線層は複数の導体層を備えることを特徴とする。請求項３に記載の発明では、前記インターポーザ基板は、前記配線層の他面上に、前記ワイヤバンプが立設される箇所にコンタクトホールを備えた絶縁層を備えることを特徴とする。請求項４に記載の発明では、前記弾性樹脂は、前記コンタクトホール内に充填され、前記ワイヤバンプの根本部分が該弾性樹脂により固定されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の発明では、前記弾性樹脂は、前記絶縁層の表面を覆って設けられ、且つ前記コンタクトホール内に該弾性樹脂が充填され、前記ワイヤバンプの根本部分が該弾性樹脂により固定されていることを特徴とする。請求項６に記載の発明では、前記ワイヤバンプ周辺の弾性樹脂に金属粒子が付着固定されていることを特徴とする。請求項７に記載の発明では、前記ワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂が塗布硬化され、前記ワイヤバンプの根本部分が該弾性樹脂により固定されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項８に記載の発明では、前記配線層の他面上および前記ワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂が塗布硬化され、前記ワイヤバンプの根本部分が該弾性樹脂により固定されていることを特徴とする。
請求項９に記載の発明では、前記ワイヤバンプ周辺の弾性樹脂に金属粒子が付着固定されていることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明では、前記ワイヤバンプの根本部分に金属粒子を混入拡散させた弾性樹脂が塗布硬化され、前記ワイヤバンプの根本部分が該弾性樹脂により固定されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１１に記載の発明では、所定の配線パターンが形成された配線層を有し、該配線層の表面上に半導体チップが実装され、該配線層の裏面上に所定のコンタクトホールが穿設された絶縁層が積層されたインターポーザ基板を準備する工程と、前記絶縁層に穿設された前記コンタクトホールを介して前記配線層の裏面上に、該配線層に接続されるワイヤバンプを立設する工程と、該ワイヤバンプが延出するとともに該ワイヤバンプが延出する部分が頂部とされた凸形状なるように前記コンタクトホール内に弾性樹脂を充填して前記ワイヤバンプの根本部分を前記弾性樹脂により固定する工程と、前記ワイヤバンプを心棒にした半田ボールを前記弾性樹脂の頂部と当接するように設けてバンプ電極を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項１２に記載の発明では、前記コンタクトホール内に前記弾性樹脂を充填して前記ワイヤバンプの根本部分を前記弾性樹脂により固定すると同時に、前記絶縁層の表面を弾性樹脂で覆う工程を備えることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明では、前記コンタクトホール内に前記弾性樹脂を充填して前記ワイヤバンプの根本部分を前記弾性樹脂により固定する工程の後であって、前記バンプ電極を形成する工程の前に、前記ワイヤバンプ周辺の弾性樹脂に金属粒子を付着固定する第２の工程とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項１４に記載の発明では、所定の配線パターンが形成された配線層を有し、該配線層の一面上には半導体チップが実装されるインターポーザ基板を準備する工程と、前記配線層の他面上に、該配線層に接続されるワイヤバンプを立設する工程と、該ワイヤバンプが延出するとともに該ワイヤバンプが延出する部分が頂部とされた凸形状なるように前記ワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂を塗布硬化させて前記ワイヤバンプの根本部分を前記弾性樹脂により固定する工程と、前記ワイヤバンプを心棒にした半田ボールを前記弾性樹脂の頂部と当接するように設けてバンプ電極を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項１５に記載の発明では、前記ワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂を塗布硬化させて前記ワイヤバンプの根本部分を前記弾性樹脂により固定すると同時に、前記配線層の他面上を覆って弾性樹脂を塗布硬化させて、該ワイヤバンプの根本部分を該弾性樹脂により固定する工程を備えることを特徴とする。
請求項１６に記載の発明では、前記ワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂を塗布硬化させて前記ワイヤバンプの根本部分を前記弾性樹脂により固定する工程の後であって、前記バンプ電極を形成する工程の前に、前記ワイヤバンプの根本部分の前記弾性樹脂の表面に金属粒子を付着固定する工程を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項１７に記載の発明では、前記ワイヤバンプを立設する工程の前に、前記配線層の他面上に、前記ワイヤバンプが立設される箇所に開口部を備えたソルダレジスト層を形成する工程を備えることを特徴とする。
請求項１８に記載の発明では、所定の配線パターンが形成された配線層を有し、該配線層の一面上には半導体チップが実装されるインターポーザ基板を準備する工程と、前記配線層の他面上に、該配線層に接続されるワイヤバンプを立設する工程と、該ワイヤバンプが延出するとともに該ワイヤバンプが延出する部分が頂部とされた凸形状なるように前記ワイヤバンプの根本部分に金属粒子を混入拡散させた弾性樹脂を塗布硬化させて、該ワイヤバンプの根本部分を該弾性樹脂により固定する工程と、前記ワイヤバンプを心棒にした半田ボールを前記弾性樹脂の頂部と当接するように設けてバンプ電極を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明では、半導体チップが実装されるインターポーザ基板の配線層に接続されるワイヤバンプを立設し、当該ワイヤバンプが立設される箇所に該ワイヤバンプが延出するように弾性樹脂を設け、前記ワイヤバンプを心棒にした半田ボールを設けてバンプ電極を形成し、前記弾性樹脂は前記ワイヤバンプが延出する部分が頂部とされた凸形状であり、且つ前記バンプ電極は前記弾性樹脂の頂部と当接して配置される構成を備え、配線層上に、ワイヤバンプが立設される箇所にコンタクトホールを備える絶縁層を備える場合、５０〜１００μφという小さいコンタクトホールであっても、ワイヤバンプによって半田がコンタクトホール内部に浸透して充填される結果、このコンタクトホール部分におけるバンプ電極の柔軟性が保たれ、かつコンタクトホール自体がポリイミド膜などの絶縁層に穿設されていることも相俟って、インターポーザ基板側とデバイスチップ側および当該半導体装置が実装されるプリント基板との熱膨張係数の不一致から生じる熱応力を、コンタクトホール部分で分散して疲労破壊を回避することができる。また、例え熱応力によって絶縁層とバンプ電極のボール状部分との境界部分又は根本の部分の半田層部分にクラックが生じたとしても、バンプ電極の心棒であるワイヤバンプが配線層にボンディングされている為、導通性は強固に維持される。さらに、凸形状の弾性樹脂の頂部と当接してバンプ電極を配置することにより、バンプ電極の下面での接触領域が確保されるので、バンプ電極を安定に配置することができる。
【００１６】
また、本発明では、インターポーザ基板の絶縁層に穿設されたコンタクトホール内に弾性樹脂を充填してワイヤバンプの根本部分を樹脂により固定する構成を備えるので、ワイヤバンプの根本部分が弾性樹脂に埋め込まれる形になる結果、ワイヤバンプの根本部分の強度が向上してワイヤバンプが配線パターン層から剥がれることが防止され、加えて、弾性樹脂の持つ弾性により熱応力を緩和し得る。 さらに、絶縁層全面を弾性樹脂で覆いつつコンタクトホールに弾性樹脂を充填する態様にすれば、コンタクトホールに充填された弾性樹脂の部分のみならず、絶縁層全体で熱応力を吸収するから、熱応力が大きく緩和されて、更に疲労破壊を回避し得る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（１）第１の実施形態
図１〜図６は、第１の実施形態による半導体装置の構造およびその製造工程を示す断面図である。図１において、１は配線パターン層２および絶縁フィルム層３から構成されるインターポーザ基板である。絶縁フィルム層３はポリイミド膜等から形成されており、配線パターン層２に対応する箇所には予めコンタクトホールＣＨが穿設されている。
また、図１〜図６においては、配線パターン層２が単層で形成される場合を示しているが、これに限るものではなく、多層の配線層により構成されているようにしてもよい。このコンタクトホールＣＨは、後述するように、ワイヤバンプ５が立設されるため、小さい径（５０〜１００μφ）とすることができる。
【００１８】
配線パターン層２上には、図２に図示するように、半導体チップ１０がバンプボンディングされる。インターポーザ基板１上に半導体チップ１０がバンプボンディングされた後は、図３に図示する通り、半導体チップ１０全体を覆うようにインターポーザ基板１の表面側を樹脂でモールドして封止層４を形成する。樹脂封止後は、必要に応じてパッケージの薄膜化研磨処理を行う。
次に、図４に図示するように、ワイヤボンダーを用いて絶縁フィルム層３の各コンタクトホールＣＨを介して配線パターン層２上にワイヤバンプ５を形成する。ワイヤバンプ５には、金や銅など半田と濡れ性の良い金属材料を用いる。
【００１９】
この後、各コンタクトホールＣＨに立設されたワイヤバンプ５に半田印刷等のメタライズ処理を施した後、リフローを行って各ワイヤバンプ５を心棒にしたバンプ電極６を形成する（図５参照）。この後、こうしたバンプ電極６を備えるパッケージは、図６に示すように、予め定められたダイシングラインに沿って個片カットされ、これにより半導体チップ１０をインターポーザ基板１にフェイスダウンボンディングで実装したＣＳＰ（Chip Size Package）構造の半導体装置２０が形成される。こうして形成された半導体装置２０は、プリント基板（図示せず）の所定の接続パッドにバンプ電極６を介して実装される。
【００２０】
この場合、前述のように、コンタクトホールＣＨの径は５０〜１００μφとしている。この寸法では、ハンダ金属の表面張力により、通常は半田が入り込まないが、半田と濡れ性の良い金属材料で形成されるワイヤバンプ５がコンタクトホールＣＨ内に立設されている為、ワイヤバンプ５の表面を介して当該コンタクトホールＣＨ内部に半田が浸透する。
【００２１】
したがって、５０〜１００μφという小さいコンタクトホールＣＨであっても、ワイヤバンプ５によって半田がコンタクトホールＣＨ内部に充填される結果、バンプ電極６の形状を、図５、図６に図示の如く、先端がボール状に形成されるとともに根本部分を比較的細くした形状とすることができる。
この形状により、コンタクトホールＣＨ部分においてバンプ電極の柔軟性が保たれ、かつコンタクトホールＣＨ自体がポリイミド膜などの絶縁フィルム層３に穿設されていることも相俟って、インターポーザ基板１側とデバイスチップ１０側との熱膨張係数の不一致から生じる熱応力、およびインターポーザ基板１とプリント基板（図示せず）との熱膨張係数の不一致から生じる熱応力を、各コンタクトホールＣＨ部分におけるワイヤバンプ５および半田層、更には絶縁フィルム層３で緩和して分散することが可能になっている。
【００２２】
また、このような電極構造によれば、例え熱応力によって絶縁フィルム層３とバンプ電極６のボール状部分との境界部分又は根本の部分の半田層部分にクラックが生じたとしても、バンプ電極６の心棒であるワイヤバンプ５が配線パターン層２にボンディングされており、バンプ電極６と配線パターン層２との導通が保たれている為、断線することなく、導通性は強固に維持され、信頼性を向上させることができる。
【００２３】
また、前述のように、絶縁フィルム層３に設けるコンタクトホールＣＨの径を小さくすることができるため、絶縁フィルム層３に積層して形成される配線パターン層２において、例えば各コンタクトホールＣＨ間により多くの配線パターンを設けることが可能となり、配線密度を向上させることができる。これにより、例えば配線パターン層２が多層の配線層を有している場合、この配線の層数を減らすことも可能となる。
【００２４】
更には、このバンプ電極６はワイヤバンプ５を心棒にして形成されているため、従来の半田のみで形成されている半田バンプ電極１０５に比べて、バンプ電極６の高さを高くすることができる。これにより、応力緩和に寄与する部分を長くすることができて、応力緩和が可能な範囲を更に大きくすることができる。
【００２５】
（２）第２の実施形態
次に、図７を参照して第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、先ず図７（イ）に示すように、上述した第１の実施形態と同様、ワイヤボンダーを用いて絶縁フィルム層３のコンタクトホールＣＨを介して配線パターン層２にワイヤバンプ５を形成した後（図４参照）、コンタクトホールＣＨ内にシリコン系樹脂あるいはエポキシ系樹脂等の弾性樹脂１１を充填して硬化する。この後、同図（ロ）に示すように、上記第１実施形態と同様に、各コンタクトホールＣＨに立設されたワイヤバンプ５に半田印刷等のメタライズ処理を施し、リフローを行って各ワイヤバンプ５を心棒にしたバンプ電極６を形成する。
【００２６】
ここで、コンタクトホールＣＨに樹脂を充填するには、例えば溶融した弾性樹脂１１を例えば、インクジェット方式で注入したり、あるいは滴下させる方式などを用いる。
このような電極構造によれば、ワイヤバンプ５の根本部分が弾性樹脂１１に埋め込まれる形になる為、ワイヤバンプ５の根本部分の強度が向上してワイヤバンプ５が配線パターン層２から剥がれることが防止される。加えて、弾性樹脂１１の持つ弾性により熱応力を緩和し得る。
【００２７】
第２の実施形態の変形例としては、例えば図８に図示する電極構造も考えられる。図８に示す電極構造は、溶融した弾性樹脂１１を絶縁フィルム層３の表面に塗布し、これによって絶縁フィルム層３全面を弾性樹脂１１で覆いつつコンタクトホールＣＨに弾性樹脂１１を充填するものである。
このようにすれば、コンタクトホールＣＨに充填された弾性樹脂１１の部分のみならず、絶縁フィルム層３の表面に設けられた部分全体で熱応力を吸収することになるため、熱応力が大きく緩和されて、更に疲労破壊を回避し得るようになる。
【００２８】
（３）第３の実施形態
次に、図９を参照して第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、先ず図９（イ）に示すように、上述した第２の実施形態（図７参照）と同様、ワイヤボンダーを用いて絶縁フィルム層３のコンタクトホールＣＨを介して配線パターン層２にワイヤバンプ５を形成してからそのコンタクトホールＣＨ内にインクジェット方式にてシリコン系樹脂やエポキシ系樹脂等の弾性樹脂１１を充填する。次に、コンタクトホールＣＨに充填した弾性樹脂１１を硬化させる以前に、銅等の金属粒子１２を、例えば吹き付けることによって、ワイヤバンプ５周辺の弾性樹脂１１に付着させる。
【００２９】
この後、弾性樹脂１１を硬化させ、ワイヤバンプ５周辺の弾性樹脂１１に付着させた金属粒子１２を樹脂表面に固定する（図９（ロ）参照）。なお、ワイヤバンプ５周辺以外の箇所に余分な金属粒子１２が残っている場合は除去する。これは、例えば吹き飛ばすことによって行うようにしてもよい。そして、ワイヤバンプ５周辺の弾性樹脂１１の表面に金属粉体１２が固定されたら、図９（ハ）に示すように、ワイヤバンプ５に半田印刷を施した後、リフローを行ってワイヤバンプ５を心棒にしたバンプ電極６を形成する。
【００３０】
このように、第３の実施形態によれば、ワイヤバンプ５周辺の弾性樹脂１１の表面に銅等の金属粒子１２を付着固定していることによって、この部分の半田濡れ性を良くしてからワイヤバンプ５に半田印刷を施した後、リフローを行ってワイヤバンプ５を心棒にしたバンプ電極６を形成する為、前述した第２の実施形態と同様の効果に加え、バンプ電極６の半田金属と弾性樹脂１１との密着性が向上するため、更に熱応力を緩和し得るようになる。
【００３１】
（４）第４の実施形態
次に、図１０を参照して第４の実施形態について説明する。第４の実施形態では、図１０（イ）に示すように、前述した第２の実施形態の変形例（図８参照）と同様、溶融した弾性樹脂１１を絶縁フィルム層３の表面に塗布し、これによって絶縁フィルム層３表面を弾性樹脂１１で覆いつつコンタクトホールＣＨに弾性樹脂１１を充填する。
ここで、弾性樹脂１１はＵＶ硬化性を有しているものとする。次に、同図（ロ）に示すように、ワイヤバンプ５の周囲部分を遮光するマスクＭを用いてＵＶ照射を行う。これによって、ワイヤバンプ５の周囲部分を除いた部分の弾性樹脂１１をＵＶ硬化させる。
【００３２】
続いて、図１０（ハ）に示すように、未硬化状態にあるワイヤバンプ５周辺の弾性樹脂１１の表面に銅等の金属粒子１２を、例えば吹き付けることによって、付着させた後、ワイヤバンプ５周辺の弾性樹脂１１を硬化させて金属粒子１２を樹脂表面に固定する。こうして半田濡れ性を良くした後、ワイヤバンプ５に半田印刷を施してリフローを行い、ワイヤバンプ５を心棒にしたバンプ電極６を形成する。
【００３３】
こうした第４の実施形態によれば、樹脂表面の半田濡れ性を良くしたことによる前述した第３の実施形態と同様の効果に加え、絶縁フィルム層３の表面に設けられた弾性樹脂部分全体で熱歪を吸収することになるため、熱応力を緩和して疲労破壊を更に回避し得るようになる。
【００３４】
（５）第５の実施形態
上述した第１〜第４の実施形態では、インターポーザ基板が配線パターン層上に絶縁フィルム層が形成されて構成されるものとして、絶縁フィルム層３に穿設されたコンタクトホールＣＨ内部にワイヤバンプ５を立設するものについて言及したが、インターポーザ基板の構成はこれに限るものではなく、例えば配線パターン層が多層構造を有し、配線パターン層上に絶縁フィルム層が形成されていない構成のものもあり、第５〜第７の実施形態はインターポーザ基板がこのような構成を有する場合に対応したものである。これらの実施形態では、インターポーザ基板１上の配線パターン層２に直接ワイヤバンプ５を立設する構成を備える。
【００３５】
図１１を参照して第５の実施形態について説明する。第５の実施形態では、先ず図１１（イ）に示すように、インターポーザ基板１上の配線パターン層２に、ワイヤボンダーを用いてワイヤバンプ５を形成した後、このワイヤバンプ５の根本部分に例えば、インクジェット方式等により弾性樹脂１１を塗布して硬化する。次いで、同図（ロ）に示すように、ワイヤバンプ５に半田印刷等のメタライズ処理を施し、リフローを行って各ワイヤバンプ５を心棒にしたバンプ電極６を形成する。
これにより、ワイヤバンプ５はその根本部分が弾性樹脂１１に埋め込まれる為、ワイヤバンプ５の根本部分の強度が向上してワイヤバンプ５が配線パターン層２から剥がれることが防止されるとともに、ワイヤバンプ５のみならず弾性樹脂１１の持つ弾性により熱応力を緩和することが可能になる。
【００３６】
第５の実施形態の変形例としては、例えば図１２に図示する電極構造も考えられる。図１２に示す電極構造は、溶融した弾性樹脂１１をインターポーザ基板１の表面に塗布し、これによってインターポーザ基板１の表面およびワイヤバンプ５の根本部分を弾性樹脂１１で覆うものである。
このようにすれば、ワイヤバンプ５およびワイヤバンプ５を覆う弾性樹脂１１のみならず、インターポーザ基板１の表面に設けられた弾性樹脂１１全体で熱応力を吸収することになるため、熱応力が大きく緩和されて、更に疲労破壊を回避し得る。
【００３７】
（６）第６の実施形態
次に、図１３を参照して第６の実施形態について説明する。第６の実施形態では、図１３に図示するように、インターポーザ基板１上に配線パターン層２を開口するようソルダレジスト層１３を形成した後、配線パターン層２にワイヤバンプ５を立設する。
続いて、銅等の金属粒子を混入拡散させて半田濡れ性を向上させた弾性樹脂１１を、ワイヤバンプ５の根本部分に例えば、インクジェット方式等により塗布して硬化する。この後、ワイヤバンプ５に半田印刷を施してリフローを行い、ワイヤバンプ５を心棒にしたバンプ電極６を形成する。
このような電極構造によれば、弾性樹脂１１の半田濡れ性が向上されているため、バンプ電極６の半田金属と弾性樹脂１１との密着性が向上するため、弾性樹脂１１による熱応力の緩和が更に促進される。
【００３８】
（７）第７の実施形態
次に、図１４を参照して第７の実施形態について説明する。第７の実施形態では、前述した第５の実施形態の変形例（図１２参照）と同様、溶融した弾性樹脂１１をインターポーザ基板１の表面に塗布し、これによってインターポーザ基板１の表面およびワイヤバンプ５の根本部分を弾性樹脂１１で覆う。
次いで、第４の実施形態と同様に、例えばワイヤバンプ５の周囲部分を遮光するマスクを用いてＵＶ照射を行うことによって（図１０（ロ）参照）、こうして塗布された弾性樹脂１１の内、ワイヤバンプ５の周囲以外をＵＶ硬化させ、未硬化状態にあるワイヤバンプ５周辺の弾性樹脂１１の表面に銅等の金属粒子１２を、例えば吹き付けることによって、付着させた後、ワイヤバンプ５周辺の弾性樹脂１１を硬化させて金属粒子１２を樹脂表面に固定する。こうしてワイヤバンプ５周辺の弾性樹脂１１の半田濡れ性を向上させる。
【００３９】
この後、ワイヤバンプ５に半田印刷を施してリフローを行い、ワイヤバンプ５を心棒にしたバンプ電極６を形成する。
こうした電極構造によれば、第５の実施形態の変形例と同様に、弾性樹脂１１に覆われたワイヤバンプ５のみならず、インターポーザ基板１の表面に設けられた弾性樹脂１１全体で熱応力を吸収するとともに、ワイヤバンプ５の周辺の弾性樹脂１１の半田濡れ性が向上されているため、バンプ電極６の半田金属と弾性樹脂１１との密着性が向上するため、弾性樹脂１１による熱応力をの緩和が更に促進されて、疲労破壊を回避できる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１〜３に記載の発明によれば、半導体チップが実装されるインターポーザ基板の配線層に接続されるワイヤバンプを立設し、当該ワイヤバンプが立設される箇所に該ワイヤバンプが延出するように設けられた弾性樹脂と、前記ワイヤバンプを心棒にした半田ボールを設けてバンプ電極を形成し、前記弾性樹脂は前記ワイヤバンプが延出する部分が頂部とされた凸形状であり、且つ前記バンプ電極は前記弾性樹脂の頂部と当接して配置される構成を備え、配線層上に、ワイヤバンプが立設される箇所にコンタクトホールを備える絶縁層を備える場合、コンタクトホールを５０〜１００μφに小さくしても、ワイヤバンプによって半田がコンタクトホール内部に浸透して充填される結果、このコンタクトホール部分におけるバンプ電極の柔軟性が保たれ、かつコンタクトホール自体がポリイミド膜などの絶縁層に穿設されていることも相俟って、インターポーザ基板側とデバイスチップ側および当該半導体装置が実装されるプリント基板との熱膨張係数の不一致から生じる熱応力をコンタクトホール部分で分散して疲労破壊を回避することができる。また、例え熱応力によって絶縁層とバンプ電極のボール状部分との境界部分又は根本の部分の半田層部分にクラックが生じたとしても、バンプ電極の心棒であるワイヤバンプが配線層にボンディングされている為、導通性を強固に維持することができ、信頼性を向上させることができる。また、コンタクトホールを小さくできる為、配線層の配線パターンをより高密度にすることができる。さらに、凸形状の弾性樹脂の頂部と当接してバンプ電極を配置することにより、バンプ電極の下面での接触領域が確保されるので、バンプ電極を安定に配置することができる。
請求項４，１１に記載の発明によれば、インターポーザ基板の絶縁層に穿設されたコンタクトホール内に弾性樹脂を充填してワイヤバンプの根本部分を樹脂により固定する構成を備えるので、ワイヤバンプの根本部分が弾性樹脂に埋め込まれる形になる結果、ワイヤバンプの根本部分の強度が向上してワイヤバンプが配線パターン層から剥がれることが防止され、加えて、弾性樹脂の持つ弾性により熱応力を緩和できる。
請求項５，１２に記載の発明によれば、絶縁層全面を弾性樹脂で覆いつつコンタクトホールに弾性樹脂を充填するので、コンタクトホールに充填された弾性樹脂の部分のみならず、絶縁層全体で熱応力を吸収するから、熱応力が大きく緩和されて、更に疲労破壊を回避できる。
請求項６，１３に記載の発明によれば、ワイヤバンプ周辺の弾性樹脂に金属粒子を付着固定させ、この金属粒子の付着固定により半田濡れ性が向上された樹脂上に半田ボールを形成してバンプ電極を形成したので、バンプ電極の半田金属と弾性樹脂との密着性が向上して、更に熱応力を緩和し得る。
請求項７，１４に記載の発明によれば、配線層に立設されたワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂を塗布硬化して、ワイヤバンプの根本部分を弾性樹脂で埋め込み固定する為、ワイヤバンプの根本部分の強度が向上してワイヤバンプが配線層から剥がれることが防止されるとともに、ワイヤバンプのみならず弾性樹脂の持つ弾性により熱応力を緩和することができる。
請求項８，１５に記載の発明によれば、インターポーザ基板の配線層全面を弾性樹脂で覆いつつワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂を塗布硬化して、ワイヤバンプの根本部分を弾性樹脂で埋め込み固定する為、ワイヤバンプ周囲の弾性樹脂のみならずインターポーザ基板全体で熱応力を吸収するから、熱応力が大きく緩和されて、更に疲労破壊を回避することができる。
請求項９，１６に記載の発明によれば、ワイヤバンプ周辺の配線層上の弾性樹脂に金属粒子を付着固定させ、この金属粒子の付着固定により半田濡れ性が向上された樹脂上に半田ボールを形成してバンプ電極を形成したので、バンプ電極の半田金属と弾性樹脂との密着性が向上して、更に熱応力を緩和し得る。
請求項１７に記載の発明によれば、配線層の他面上に、前記ワイヤバンプが立設される箇所に開口部を備えたソルダレジスト層を形成する工程を備えるので、弾性樹脂の半田濡れ性が向上されて、バンプ電極の半田金属と弾性樹脂との密着性が向上し、弾性樹脂による熱応力の緩和が更に促進される。
請求項１０，１８に記載の発明によれば、配線層に立設されたワイヤバンプの根本部分に金属粒子を混入拡散させた弾性樹脂を塗布硬化して、ワイヤバンプの根本部分を該弾性樹脂で埋め込み固定する為、ワイヤバンプの根本部分の強度が向上してワイヤバンプが配線層から剥がれることが防止され、弾性樹脂の持つ弾性により熱応力を緩和することができるとともに、弾性樹脂の半田濡れ性が良いため、バンプ電極の半田金属と弾性樹脂との密着性が向上して、更に熱応力を緩和し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態による半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図２】図１に続く製造工程を説明するための断面図である。
【図３】図２に続く製造工程を説明するための断面図である。
【図４】図３に続く製造工程を説明するための断面図である。
【図５】図４に続く製造工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に続く製造工程を説明するための断面図である。
【図７】第２の実施形態を示す断面図である。
【図８】第２の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図９】第３の実施形態を示す断面図である。
【図１０】第４の実施形態を示す断面図である。
【図１１】第５の実施形態を示す断面図である。
【図１２】第５の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図１３】第６の実施形態を示す断面図である
【図１４】第７の実施形態を示す断面図である。
【図１５】従来の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ インターポーザ基板
２ 配線パターン層
３ 絶縁フィルム層
４ 封止層
５ ワイヤバンプ
６ バンプ電極
１０ 半導体チップ
１１ 弾性樹脂
１２ 金属粒子
１３ ソルダレジスト層
２０ 半導体装置
ＣＨ コンタクトホール
Claims (18)
- 所定の配線パターンが形成された配線層を有し、該配線層の一面上には半導体チップが実装されるインターポーザ基板を備え、前記配線層の他面上には、該配線層に接続して立設されるワイヤバンプと、該ワイヤバンプが立設される箇所に該ワイヤバンプが延出するように設けられた弾性樹脂と、前記ワイヤバンプを心棒にした半田ボールからなるバンプ電極とを備え、前記弾性樹脂は前記ワイヤバンプが延出する部分が頂部とされた凸形状であり、且つ前記バンプ電極は前記弾性樹脂の頂部と当接して配置されることを特徴とする半導体装置。
- 前記配線層は複数の導体層を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
- 前記インターポーザ基板は、前記配線層の他面上に、前記ワイヤバンプが立設される箇所にコンタクトホールを備えた絶縁層を備えることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記弾性樹脂は、前記コンタクトホール内に充填され、前記ワイヤバンプの根本部分が該弾性樹脂により固定されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
- 前記弾性樹脂は、前記絶縁層の表面を覆って設けられ、且つ前記コンタクトホール内に該弾性樹脂が充填され、前記ワイヤバンプの根本部分が該弾性樹脂により固定されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
- 前記ワイヤバンプ周辺の弾性樹脂に金属粒子が付着固定されていることを特徴とする請求項４または請求項５のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記ワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂が塗布硬化され、前記ワイヤバンプの根本部分が該弾性樹脂により固定されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
- 前記配線層の他面上および前記ワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂が塗布硬化され、前記ワイヤバンプの根本部分が該弾性樹脂により固定されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
- 前記ワイヤバンプ周辺の弾性樹脂に金属粒子が付着固定されていることを特徴とする請求項７または請求項８のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記ワイヤバンプの根本部分に金属粒子を混入拡散させた弾性樹脂が塗布硬化され、前記ワイヤバンプの根本部分が該弾性樹脂により固定されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
- 所定の配線パターンが形成された配線層を有し、該配線層の表面上に半導体チップが実装され、該配線層の裏面上に所定のコンタクトホールが穿設された絶縁層が積層されたインターポーザ基板を準備する工程と、前記絶縁層に穿設された前記コンタクトホールを介して前記配線層の裏面上に、該配線層に接続されるワイヤバンプを立設する工程と、該ワイヤバンプが延出するとともに該ワイヤバンプが延出する部分が頂部とされた凸形状なるように前記コンタクトホール内に弾性樹脂を充填して前記ワイヤバンプの根本部分を前記弾性樹脂により固定する工程と、前記ワイヤバンプを心棒にした半田ボールを前記弾性樹脂の頂部と当接するように設けてバンプ電極を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 前記コンタクトホール内に前記弾性樹脂を充填して前記ワイヤバンプの根本部分を前記弾性樹脂により固定すると同時に、前記絶縁層の表面を弾性樹脂で覆う工程を備えることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記コンタクトホール内に前記弾性樹脂を充填して前記ワイヤバンプの根本部分を前記弾性樹脂により固定する工程の後であって、前記バンプ電極を形成する工程の前に、前記ワイヤバンプ周辺の弾性樹脂に金属粒子を付着固定する第２の工程と、を備えることを特徴とする請求項１１または請求項１２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 所定の配線パターンが形成された配線層を有し、該配線層の一面上には半導体チップが実装されるインターポーザ基板を準備する工程と、前記配線層の他面上に、該配線層に接続されるワイヤバンプを立設する工程と、該ワイヤバンプが延出するとともに該ワイヤバンプが延出する部分が頂部とされた凸形状なるように前記ワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂を塗布硬化させて前記ワイヤバンプの根本部分を前記弾性樹脂により固定する工程と、前記ワイヤバンプを心棒にした半田ボールを前記弾性樹脂の頂部と当接するように設けてバンプ電極を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 前記ワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂を塗布硬化させて前記ワイヤバンプの根本部分を前記弾性樹脂により固定すると同時に、前記配線層の他面上を覆って弾性樹脂を塗布硬化させて、該ワイヤバンプの根本部分を該弾性樹脂により固定する工程を備えることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ワイヤバンプの根本部分に弾性樹脂を塗布硬化させて前記ワイヤバンプの根本部分を前記弾性樹脂により固定する工程の後であって、前記バンプ電極を形成する工程の前に、前記ワイヤバンプの根本部分の前記弾性樹脂の表面に金属粒子を付着固定する工程を備えることを特徴とする請求項１４または請求項１５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ワイヤバンプを立設する工程の前に、前記配線層の他面上に、前記ワイヤバンプが立設される箇所に開口部を備えたソルダレジスト層を形成する工程を備えることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
- 所定の配線パターンが形成された配線層を有し、該配線層の一面上には半導体チップが実装されるインターポーザ基板を準備する工程と、前記配線層の他面上に、該配線層に接続されるワイヤバンプを立設する工程と、該ワイヤバンプが延出するとともに該ワイヤバンプが延出する部分が頂部とされた凸形状なるように前記ワイヤバンプの根本部分に金属粒子を混入拡散させた弾性樹脂を塗布硬化させて、該ワイヤバンプの根本部分を該弾性樹脂により固定する工程と、前記ワイヤバンプを心棒にした半田ボールを前記弾性樹脂の頂部と当接するように設けてバンプ電極を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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