JP3905032B2 - 半導体装置、および、その製造方法 - Google Patents
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- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の電子機器に搭載または内蔵される半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、小型携帯電子機器の分野では、内部に搭載される電子部品の小型化、高機能化、および高密度実装化が図られている。また、半導体チップを収納するパッケージにおいても、より小型のものが求められている。そして、半導体チップのサイズと等しいかほぼ等しいサイズを有する、表面型のチップサイズパッケージ（以下、ＣＳＰと称する）等のＩＣパッケージ（半導体装置）が開発され、このＣＳＰも小型実装部品の一つとなっている。また、ウエハの状態でパッケージングを行うウエハレベルＣＳＰ（半導体装置）も、小型実装部品の一つとなりつつある。図８は、一般的なウエハレベルＣＳＰのウエハ状態を示した説明図である。
【０００３】
これらＣＳＰと呼ばれるものの多くの半導体装置は、いわゆるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）の一種とされており、外部接続用端子としてパッケージの表面に、ハンダ等で形成された球形の金属ボールを備えており、この金属ボールを介して実装基板に実装される。
【０００４】
また、半導体チップの電極部に、ハンダ等で形成したバンプと呼ばれる球形の金属ボールを備えるフリップチップと呼ばれるものもあるが、構造体に外部接続用端子として突起電極、つまり金属ボールが設けられている点では上記ＣＳＰと同じ構成をしている。
【０００５】
上記ウエハレベルＣＳＰの一種について、図９〜図１２を基に説明する。なお、図９〜図１１には、上記ウエハレベルＣＳＰの基本的な構造を示し、図１２には、さらに実装時の信頼性を向上させた進化型のウエハレベルＣＳＰを示す。また、以下では、ウエハレベルＣＳＰを半導体装置と称する。
【０００６】
図９は半導体チップの主面側から視た従来の半導体装置の平面図であり、図１０は図９のＤ−Ｄ線矢視断面図である。また、図１１は図１０のＥ部の拡大図である。
【０００７】
半導体装置５０は、詳細については後述するが、図９に示すとおり、複数の電極端子５２…、この電極端子５２…のそれぞれに接続される再配線５３…、および、この再配線５３…を保護するための保護膜５４を有している。また、図１０に示すとおり、半導体装置５０は、上記再配線５３に関して、電極端子５２…と反対側に半導体チップ６０を備えている。
【０００８】
ここで、上記保護膜５４は、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）等の材料で形成される。なお、上記ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）の縦弾性係数は、一例として約３０００ＭＰａ、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）の縦弾性係数は、一例として約２３００ＭＰａである。
【０００９】
また、上記半導体チップ６０は、図１１に示すとおり、基板５１の主面に複数の電極５６が形成されるとともに、各電極５６のそれぞれを完全に塞がないように、電極５６の一部の領域が絶縁膜５７で覆われて形成されている。ここで、上記絶縁膜５７は、例えば酸化膜や窒化膜で形成されており、更にポリイミド等の絶縁膜を付加して形成されている場合もある。
【００１０】
上記半導体チップ６０上には、上記再配線５３が、下地であるシード層５５を介して形成されている。また、上記保護膜５４は、再配線５３の一部を塞がないような開口部を有している。さらに、上記電極端子５２、例えばハンダボールが、外部の接続端子等と接続できるように、上記開口部に設けられている。
【００１１】
図１２は、図９〜図１１で説明した半導体装置に工夫を加えたものであり、半導体チップの主面側から視た半導体装置の断面図のみ示している。また、この図１２に示す半導体装置は、特開２００１−２９１７３３号公報に開示された半導体装置１１０である。
【００１２】
半導体チップ１００は、基板１０１の主面に複数の電極（接続パッド）１０２が形成されるとともに、各電極１０２を完全に塞がないように、各電極１０２の一部の領域が絶縁膜１０３で覆われている。ここで、上記絶縁膜１０３は、例えば酸化膜で形成されている。そして、上記半導体チップ１００上に、下地をシード層（図示せず）とする再配線１０５が形成されている。
【００１３】
ここまでの説明は、図９〜図１１を基に説明した半導体装置の構成と基本的に同じである。異なる点は、再配線１０５と、上記電極端子５２に相当する電極端子１２４（ハンダボール等）との間に、銅等の金属をめっき処理により成長させて形成された、ピラーまたはポストと呼ばれる複数の電極１０６と、この複数の電極１０６どおしの間を充填する、エポキシ系樹脂等で形成された厚膜の絶縁体１０７とを有する点である。
【００１４】
また、上記電極１０６は、下部電極１０６ａと上部電極１０６ｂとで構成されている。上記電極１０６の形成に際しては、先に下部電極１０６ａを形成し、下部電極１０６ａを含む半導体チップ１００上に絶縁体１０７を形成する。そして、絶縁体１０７の上面側を研磨することにより下部電極１０６ａの上面を露出させ、露出させた部分に上部電極１０６ｂを形成する。これにより、キノコ状の電極１０６が完成する。
【００１５】
さらに、上部電極１０６ｂ上に金属ボール（例えば、ハンダで形成されたハンダボール）を載せて、金属ボールをリフロー（ハンダペーストまたはフラックスで溶着）させることにより外部接続端子となる電極端子１２４を形成し、その後、ダイシングによりウエハから各半導体チップ単位に個片化することで半導体装置１１０が完成する。
【００１６】
図１２に示す半導体装置１１０は、図９〜図１１に示した半導体装置５０や、下部電極１０６ａの上に単純に金属ボールを載せた構造の半導体装置と比較して、金属ボールとその下地の金属との接合面積、つまり電極端子１２４と電極１０６との接合部分の面積を大きくすることができ、接合信頼性の向上が図られる。
【００１７】
より詳しくは、金属ボールの溶融・凝固を利用した半導体装置を外部の回路基板に実装する場合に、この半導体装置と外部の回路基板との熱膨張係数の違いから生じるハンダボール（電極端子１２４）の取り付け部分における応力の集中を緩和することができる。また、上記のように応力の集中を緩和できることにより、上記半導体装置１１０の振動や曲げ等機械的ストレスによって生ずる接合部分の破断を防止できる。それゆえ、上記半導体装置１１０を外部の回路基板への実装した際における、半導体装置１１０自体の信頼性や半導体装置と外部の回路基板とからなる回路基板の信頼性を高めることができる。
【００１８】
【特許文献１】
特開２００１−２９１７３３号公報（公開日：平成１３年１０月１９日）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の半導体装置１１０では、応力分散による実装時の信頼性の向上は認められるが、上記電極端子１２４と電極１０６との接合部分における領域の面積の増大により応力を分散させるには限界がある。つまり、上記接合部分に加わる応力は上記面積の増大分緩和されるが、依然として、接合部分にはある程度の大きな応力が加わることになる。
【００２０】
また、上記の半導体装置１１０では、比較的硬質なエポキシ系の樹脂で形成された絶縁体１０７上に上部電極１０６ｂが固定されて形成されているため、半導体装置１１０を外部の回路基板に実装し、上記接合部分に応力が生じた場合でも、上部電極１０６ｂの基板１０１に対する配置位置の変位はほとんど生じない。一方、上記電極端子１２４は、上記応力により形状が変形した状態で、外部回路基板と接合されることになる。このように、上記半導体装置１１０では、主として、電極端子１２４の変形で、上記外部の回路基板との接合を図っている。したがって、上記電極端子１２４自体にも大きな応力が加わった状態となる。
【００２１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、外部の回路基板への実装後の熱ストレスに対して、および、実装後の機械的な衝撃に対して、実装時の装置の信頼性を向上させることが可能な半導体装置を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、上記の課題を解決するために、複数の外部接続用の電極と、前記電極に接続される導電部と、前記電極と前記導電部とを接続するための開口部を有するとともに、前記導電部上に設けられた保護膜とを備え、前記保護膜は、絶縁性弾性体によって形成され、前記電極及び当該電極に接続される導電部毎に独立して形成されていることを特徴としている。
【００２３】
上記の発明によれば、上記保護膜は、弾力性のある材質で形成されている。
【００２４】
ここで、上記半導体装置を外部の回路基板に実装する場合には、一般に、リフロー装置を用いて、まず、半導体装置と外部の回路基板とを一定範囲の温度（例えば２３０℃〜２６０℃）まで加熱し、上記外部接続用の電極（以下、外部接続用電極と称する）の先端部（導電部と反対側の部位で、例えばハンダで形成されたハンダボール部）を溶解させ、半導体装置と外部の回路基板とを溶着させる。その後は、上記リフロー装置内で、常温の状態（例えば２５℃）にまで冷却される。
【００２５】
上記のように半導体装置を外部の回路基板へ実装する場合には、半導体装置および外部の回路基板ともに膨張した状態にて、上記先端部と上記外部の回路基板の接続部との接合がなされる。ここで、半導体装置の膨張係数と、外部の回路基板の膨張係数とは、その組成からして互いに異なる。それゆえ、接合した両者を常温の状態に戻した場合には、半導体装置の外部接続用電極や、外部の回路基板との接続部に大きな応力が生じることとなる。
【００２６】
とりわけ、上記保護膜が硬質な材料で形成されている場合には、半導体装置の外部接続用電極の先端部に特に大きな応力が作用する。つまり、上記外部接続用電極の側面部が硬質な材料で強固に固定されるために、外部接続用電極における先端部を除いた部分（外部接続用電極の一部分）が歪むことができず、先端部が大きな応力を受けて歪むことになる。それゆえ、外部の回路基板に実装した際に、この先端部や上記接続部に金属疲労が生じやすくなり、装置の信頼性が低下する。
【００２７】
しかしながら、上記保護膜を弾性体で形成することにより、外部接続用電極における先端部を除いた部分についても歪むことが可能となる。つまり、外部接続用電極における先端部を除いた部分は、伸縮可能な材質で固定されているため歪み易くなる。それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することが可能となる。
【００２８】
また、上記保護膜は、前記外部接続用電極毎に分離した状態で形成されている。つまり、上記保護膜が外部接続用電極毎に独立して設けられている。
【００２９】
このため、上記保護膜は、他の外部接続用電極に対応して備えられた別の保護膜の変位による影響を被らない。つまり、上記保護膜は、この保護膜に対応する外部接続用電極の変位にのみ影響を受けて変形し、前記外部接続用電極と前記他の外部接続用電極とが保護膜を介して互いに力を及ぼすことはない。
【００３０】
したがって、外部接続用電極における先端部を除いた部分は、他の保護膜の変位による外力を受けることがなくなり、歪み易くなる。それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することができる。
【００３１】
以上により、外部の回路基板への実装後の熱ストレスに対して、および、実装後の機械的な衝撃に対して、従来の半導体装置よりも実装時の信頼性を向上させることが可能な半導体装置を提供することができる。
【００３２】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記電極は、前記導電部側の第１電極部と、前記第１電極部に対して前記導電部と反対側の第２電極部とからなり、前記第１電極部は、前記開口部から前記保護膜上に広がった傘状の形状部を有し、前記傘状の形状部の表面が前記第２電極部との接合面となっていることを特徴としている。
【００３３】
上記の発明によれば、上記第１電極部は、上記開口部から保護膜上に広がった傘状の形状部を有し、この傘状の形状部の表面が前記第２電極部との接合面となっている。
【００３４】
ところで、例えば、チップサイズパッケージ型の外部接続用電極（電極端子）は、一般に、上記導電部に接続された導電性の金属部にハンダボール等を溶着させることにより形成される。つまり、この外部接続用電極は、金属部（第１電極部）とハンダボール部（第２電極部）とにより構成される。
【００３５】
本発明では、上記の構成により、第１電極部と第２電極部との接合面の面積を大きくすることができる。それゆえ、上記第１電極部と第２電極部との接合面に加わる応力を小さくすることができる。
【００３６】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記保護膜は、スクリーン印刷が可能な流動性の熱硬化型ペースト材を加熱することにより形成されることを特徴としている。
【００３７】
上記の発明によれば、上記保護膜は、スクリーン印刷が可能な流動性の熱硬化型のペースト材を用いて形成されている。
【００３８】
したがって、簡単に、所望の形状の保護膜を形成することができる。
【００３９】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記保護膜の縦弾性係数は、２０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の範囲内であることを特徴としている。
【００４０】
上記の発明によれば、上記保護膜の縦弾性係数は、２０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の範囲内である。
【００４１】
したがって、外部接続用電極における先端部を除いた部分が歪み易くなる。それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することが可能となる。
【００４２】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記保護膜は、シリコン変成型合成ゴムからなることを特徴としている。
【００４３】
上記の発明によれば、上記保護膜は、シリコン変成型合成ゴムで形成されている。
【００４４】
したがって、特殊な材料を用いることなく、上記保護膜を形成することができる。
【００４５】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記導電部と前記保護膜との間には、さらに、他の保護膜が備えられていることを特徴としている。
【００４６】
上記の発明によれば、上記導電部は、さらに他の保護膜により保護されている。
【００４７】
したがって、他の保護膜が設けられていない場合よりも、上記導電部をより一層保護することができる。例えば、上記他の保護膜を耐湿性に優れた材質で形成することにより半導体装置の信頼性を、さらに向上することができる。
【００４８】
本発明の半導体装置の製造方法は、上記の課題を解決するため、複数の外部接続用の電極と前記電極に接続される導電部とを接続するための開口部を有する絶縁性の保護膜であって、かつ、前記導電部上に設けられた絶縁性の保護膜を備えた半導体装置の製造方法において、前記保護膜を、前記電極及び当該電極に接続される導電部毎に独立して形成し、かつ、絶縁性弾性体で形成する保護膜形成工程を備えることを特徴としている。
【００４９】
上記の方法によれば、上記保護膜形成工程により、保護膜が、前記導電部毎に分離して形成され、かつ、絶縁性弾性体で形成される。
【００５０】
ここで、上記半導体装置を外部の回路基板に実装する場合には、一般に、リフロー装置を用いて、まず、半導体装置と外部の回路基板とを一定範囲の温度（例えば２３０℃〜２６０℃）まで加熱し、上記外部接続用電極の先端部（導電部と反対側の部位で、例えばハンダで形成されたハンダボール部）を溶解させ、半導体装置と外部の回路基板とを溶着させる。その後は、上記リフロー装置内で、常温の状態（例えば２５℃）にまで冷却される。
【００５１】
上記のように半導体装置を外部の回路基板へ実装する場合には、半導体装置および外部の回路基板ともに膨張した状態にて、上記先端部と上記外部の回路基板の接続部との接合がなされる。ここで、半導体装置の膨張係数と、外部の回路基板の膨張係数とは、その組成からして互いに異なる。それゆえ、接合した両者を常温の状態に戻した場合には、半導体装置の外部接続用電極や、外部の回路基板との接続部に大きな応力が生じることとなる。
【００５２】
とりわけ、上記保護膜が硬質な材料で形成されている場合には、半導体装置の外部接続用電極の先端部に特に大きな応力が作用する。つまり、上記外部接続用電極の側面部が硬質な材料で強固に固定されるために、外部接続用電極における先端部を除いた部分（外部接続用電極の一部分）が歪むことができず、先端部が大きな応力を受けて歪むことになる。それゆえ、外部の回路基板に実装した際に、この先端部や上記接続部に金属疲労が生じやすくなり、装置の信頼性が低下する。
【００５３】
しかしながら、上記の保護膜を、上記保護膜形成工程で示したように、弾性体で形成することにより、外部接続用電極における先端部を除いた部分についても歪むことが可能となる。つまり、外部接続用電極における先端部を除いた部分は、伸縮可能な材質で固定されているため、歪み易くなる。それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することが可能となる。
【００５４】
また、上記保護膜は、前記外部接続用電極毎に分離した状態で形成されている。つまり、上記保護膜が外部接続用電極毎に独立して設けられている。このため、上記保護膜は、他の外部接続用電極に対応して備えられた別の保護膜の変位による影響を被らない。つまり、上記保護膜は、この保護膜に対応する外部接続用電極の変位にのみ影響を受けて変形し、前記外部接続用電極と前記他の外部接続用電極とが保護膜を介して互いに力を及ぼすことはない。それゆえ、外部接続用電極における先端部を除いた部分は、他の保護膜の変位による外力を受けることがなくなり、歪み易くなる。それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することが可能となる。
【００５５】
以上により、外部の回路基板への実装後の熱ストレスに対して、および、実装後の機械的な衝撃に対して、従来の半導体装置よりも実装時の信頼性を向上させることが可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００５６】
なお、上記保護膜の形成にあたっては、例えば、スクリーン印刷法を用いることができる。
【００５７】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、上記の半導体装置の製造方法において、前記保護膜形成工程の前に、前記導電部を保護する他の保護膜を形成する工程を備えていることを特徴としている。
【００５８】
上記の方法によれば、上記導電部は、さらに他の保護膜により保護されている。
【００５９】
したがって、上記の方法によれば、他の保護膜が設けられていない場合よりも、上記導電部をより一層保護することができる。例えば、上記他の保護膜を耐湿性に優れた材質で形成することにより半導体装置の信頼性を、さらに向上することができる。
【００６０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態につき図１〜図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００６１】
図２は本発明の実施の形態に係る、半導体チップの主面側、つまり後述する電極端子２を取り付けた側から視た半導体装置１の平面図である。また、図１は図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。図３は図１のＢ部の拡大図である。
【００６２】
半導体装置１は、詳細については後述するが、図２に示すとおり、複数の電極端子（第２電極部）２…、前記電極端子２…のそれぞれに接続される再配線（導電部）３…、この再配線３…を保護するための保護膜（絶縁性の保護膜）４、絶縁膜（絶縁層）５、および、電極となる導電性のキノコ状の金属部（第１電極部）６を有している。また、図１に示すとおり、半導体装置１は、上記再配線３に関して、電極端子２…と反対側に半導体チップ２０を備えている。なお、前記電極端子２と、この電極端子２に対応する金属部６とをあわせて、外部接続用の電極と称する。
【００６３】
また、上記半導体チップ２０は、図３に示すとおり、基板７の主面に複数の電極パッド８（図３では、１つの電極パッド８のみを表示）が形成されるとともに、各電極パッド８のそれぞれを完全に塞がないように、電極パッド８の一部の領域が上記絶縁膜５で覆われて形成されている。より詳しくは、上記絶縁膜５は、電極パッド８の一部を塞がないような開口部（第１開口部）５ａを有している。ここで、上記絶縁膜５は、例えば酸化膜や窒化膜で形成されており、更にポリイミド等の絶縁膜を付加して形成されている場合もある。
【００６４】
上記半導体チップ２０上には、上記再配線３が、下地であるシード層（金属シード層）９を介して形成されている。より詳しくは、電極パッド８の一部の領域と絶縁膜５の一部の領域との上にシード層９が形成され、このシード層９の一部の領域上に再配線３が形成されている。
【００６５】
また、本発明の特徴である上記保護膜４は、上記再配線３を覆うように形成されている。また、上記保護膜４は、再配線３の一部を塞がないような開口部（第３開口部）４ａを有している。さらに、図示しているように、保護膜４は、再配線３の一部の領域とシード層９の一部の領域との上に形成されている。
【００６６】
さらに、上記金属部６は、上記開口部４ａを完全に充填し、かつ、開口部４ａから溢れて保護膜４上の一部領域に広がったような形状、つまりキノコ状の形状に形成されている。また、上記電極端子２（例えばハンダボール）が、外部の接続端子等と接続できるように、上記金属部６上に設けられている。
【００６７】
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法を、図４（ａ）〜図４（ｐ）を基に説明する。
【００６８】
まず、図４（ａ）に示すように、上記基板７の主面側において複数の電極パッド８が露出し、かつ、表面が上記絶縁膜５で覆われた半導体チップ２０を準備する。なお、この時点および以下に示す図４（ｐ）に至る時点までは、半導体チップが製造される状態、つまり図１１に示したような半導体チップが切断されず複数個連なった状態（いわゆる、ウエハ状態）でプロセスは進行するが、図４（ａ）〜図４（ｐ）はウエハのある一箇所の半導体チップについてのみ図示するものとする。
【００６９】
次に、図４（ｂ）に示すように、スパッタリング装置でウエハ全面にチタンタングステンス（ＴｉＷ）を０．１〜０．３μｍの厚みに形成し、その上に銅を０．１〜０．３μｍの厚みで蒸着させることにより、シード層９を形成する。その後、さらにシード層９上に、スピンコータで感光性レジスト（例えば、東京応化工業（株）製ＰＭＥＲシリーズの感光性レジスト）を塗布し、感光性レジスト層（第１感光性レジスト層）１０を形成する。
【００７０】
その後、図４（ｃ）に示すとおり、上記感光性レジスト層１０にマスキングを施し、露光および現像処理により所定の部分を除去する。なお、この時、感光性レジスト層１０の膜厚は１０〜２０μｍとなっている。この所定の部分を除去した際に形成される開口部を第２開口部と称する。
【００７１】
次に、図４（ｄ）に示すとおり、上記シード層９を電極とした電解めっきにより、感光性レジスト層１０を除去した部分に再配線３を形成する。より詳しくは、上記感光体レジスト層１０を除去したシード層９上に、銅、ニッケル、および、金を用いて、この順番で連続めっきする。ここでは、銅を４〜８μｍの膜厚で形成し、続いてニッケルを４〜８μｍの膜厚で形成し、さらに続いて金を０．０５〜０．１５μｍの膜厚で形成するものとする。なお、上記再配線３を形成する工程では、上記電極パッド８の直上のみに再配線を形成し、以後に形成される金属部６が電極パッド８の直上となるような配置とすることもできる。
【００７２】
次に、図４（ｅ）に示すとおり、図４（ｃ）でシード層９上に残した感光性レジスト１０を剥離液で完全に除去する。その後、図４（ｆ）に示すとおり、再度、スピンコータでウエハ全面に保護膜４を塗布する。この保護膜４としては、例えば、ネガ型エポキシ系の感光性ポリマーを使用すればよい。
【００７３】
なお、以下の記載では、説明の便宜上、外部接続用端子である電極端子（ハンダボール）２のピッチが０．５ｍｍである場合を想定して寸法を記載することとする。
【００７４】
次に、図４（ｇ）に示すとおり、上記保護膜４にマスキングを施し、露光および現像処理により所定の部分を除去し、所望とする形状の保護膜４を形成する。より詳しくは、所定の部分除去後の保護膜４は、各再配線３を独立して覆いつつも、各再配線３上の一部分の領域、つまり、この後に外部接続端子が形成される領域に相当する部分は覆わないような形状で形成される。つまり、上述した開口部４ａが形成されるように、保護膜４が形成されている。また、上記開口部４ａの上部の開口径は約１００μｍとなっている。さらに、この時、保護膜４の膜厚は３０μｍとなっている。
【００７５】
なお、上記保護膜４は感光性の膜である必要はない。例えば、保護膜４をウエハ全面に塗布後、保護膜４の上に上述した感光性レジスト等を塗布する方式を採ってもよい。この場合には、上記感光性レジスト層をパターニングすることによりマスクとして作用させ上記保護膜４を部分的に除去した後に、感光性レジスト層を剥離しても同様の形状を得ることができる。
【００７６】
また、図４（ｆ）および図４（ｇ）により形成される保護膜４は、上記の方法とは別の方法、すなわちスクリーン印刷法により形成することも可能である。この場合には、保護膜４の材料として、例えばシリコン変性型合成ゴムを採用することにより、上述したネガ型エポキシ系の感光性ポリマーを用いた場合よりも、保護膜自体の弾力性が大きくなるため、後述するように実装時の信頼性向上により大きく寄与することとなる。
【００７７】
さらに、上記保護膜４の形成時において、保護膜４の厚みを様々に変えることにより、上記金属部６、ひいては電極端子２についての基板７の主面からの高さを調節することができる。
【００７８】
また、上記保護膜４は、最終工程後、つまり、後述する図４（ｐ）で説明する処理後の縦弾性係数（ヤング率）が、２０〜１００ＭＰａの範囲で表される物性を示す材料を用いて形成するのが好ましい。上記のシリコン変性型合成ゴムでは、縦弾性係数が約３６ＭＰａとなり、好適である。一方、ポリイミド系の材料の縦弾性係数は、おおよそ２０００から１００００ＭＰａの範囲（約５０００ＭＰａ程度の値）で表される。それゆえ、硬すぎるため保護膜４の材料としては適当でない。また、エポキシ系の材料の縦弾性係数は、一般に１００００ＭＰａ以上であり、硬すぎるため保護膜４の材料としては適当でない。
【００７９】
上記保護膜４にマスキングを施し、露光および現像処理により所定の部分を除去した後は、図４（ｈ）に示すとおり、さらにスピンコータでウエハ全面に感光性レジストを塗布し、感光性レジスト層（第２感光性レジスト層）１１を形成する。その後は、図４（ｉ）に示すとおり、マスキングを施し、露光および現像処理を行うことにより所定の部分を除去する。
【００８０】
この場合、所定の場所とは、この後の電解めっきにより、再配線３上に金属部６を成長させる場所を指す。なお、図４（ｉ）に示すように、感光性レジスト層１１は、金属部６を成長させる際に、シード層９上にもめっきが成長するのを回避するために一部の領域においては、除去せずに残しておく。このように、一部の領域において感光性レジスト層１１を残しておくことにより、上記感光性レジスト層１１に、上記開口部４ａよりも開口径の大きな開口部（第４開口部）１１ａを、上記開口部４ａ上に形成することができる。
【００８１】
なお、上記感光性レジスト層１１は、この層を形成する感光性レジストを塗布する前の状態において表面に露出しているシード層９上に、少なくとも残っていればよい。したがって、上記感光性レジスト層１１を形成する代わりに、シード層９が表面に露出している部分に絶縁体を印刷してもよい。
【００８２】
次に、図４（ｊ）および図４（ｋ）に示すとおり、上記所定の部分を除去した後は、シード層９を電極とした電解めっきにより、銅を成長させ、上述した金属部６を形成する。なお、図４（ｊ）は、めっきの途中の状態を示した断面図であり、図４（ｋ）は、めっきが完了した状態を示した断面図である。なお、めっきが完了した状態においては、金属部６の傘部分（傘状の形状部）６ａにおける下部の径は２００μｍとなっている。
【００８３】
次に、図４（ｌ）に示すとおり、感光性レジスト層１１を剥離する。その後、感光性レジスト層１１の剥離により露出したシード層９を、図４（ｍ）に示すとおり、矢印Ｆ０の方向にエッチャントでエッチングする。
【００８４】
なお、チタンタングステンおよび銅で形成されたシード層９をエッチングする際、金属部６と保護膜４とがマスクとなる。この時、金属部６が銅で形成されているため、金属部６についても、その表面が若干エッチングされる。しかしながら、上記シード層９の厚みに対し、金属部６の厚みが十分に厚いため、金属部６のサイズはほとんど変化しない。
【００８５】
次に、エッチャントでエッチングした後は、図４（ｎ）に示すとおり、上記金属部６上にフラックス１２を転写する。その後、図４（ｏ）に示すとおり、上記フラックス１２上に、３００μｍ径のハンダボール（電極端子）２を載置する。
【００８６】
そして、ウエハ全体を２３０℃から２６０℃の温度に設定されたリフロー装置の炉に通して上記ハンダボール２を溶融し、その後、ウエハ全体を常温の環境に戻すことにより、ハンダボール２が金属部６の上部に接合されることになる。
【００８７】
さらに、上記ウエハ全体をダイシング、つまり個片化することにより、本発明の半導体装置１が得られる。
【００８８】
図５は、本発明の半導体装置１を外部の回路基板（実装基板）３０に実装した状態を示した断面図である。上記外部の回路基板の表面には、外部の電極端子との接続部となる金属ランド３１、および、ソルダーレジスト３２が形成されている。
【００８９】
また、図６は図５のＣ部の拡大図である。
【００９０】
本発明のような半導体装置（ウエハレベルＣＳＰ）１の場合は、構成材料の大部分を、半導体チップ２０のバルク部であるシリコンが占めている。ここで、シリコンの熱膨張係数は約３×１０-6/℃であり、一般的なガラスエポキシ製の実装基板の熱膨張係数は約１５×１０-6/℃である。
【００９１】
それゆえ、リフロー温度（リフローゾーンにおける温度）を２４０℃した場合、半導体装置１と外部の回路基板３０とは、それぞれに異なる膨張率で熱膨張した状態にて、溶融したハンダボール２を介して接合される。
【００９２】
ここで、上記半導体装置１と外部の回路基板３０とを、２４０℃から常温、例えば２５℃に戻す過程により、以下の式（１）で示すように、半導体装置１と外部の回路基板３０とでは、両者の間に約０．２６パーセントの収縮率の違いが生じることとなる。つまり、図５に示すとおり、常温に戻したときに、外部の回路基板３０の方が、半導体装置１よりも、より収縮しようとする。なお、同図では、矢印にて、この両者の収縮の状態を示している。
【００９３】
【数１】
【００９４】
また、上記半導体装置１における、ハンダボール２のピッチが０．５ｍｍであり、かつ、１３×１３のマトリックスで合計１６９個のハンダボール２が配置されているとすると、半導体装置１のコーナに存在するハンダボール２と上記マトリックスとの中心との距離は、以下の式（２）に示すとおり、約４．２ｍｍとなる。したがって、上記の式（１）で計算した収縮率の違いを掛けると、両者の間で約１１μｍの変位量の差が生じることとなる。
【００９５】
【数２】
【００９６】
つまり、半導体装置１のコーナにおいては、ハンダボール２自体、ハンダボール２と金属部６との接合部、および、ハンダボール２と外部の回路基板３０の表面に設けられた金属ランド３１との接合部には、上記約１１μｍのずれを復元させようとする応力が作用することになる。
【００９７】
また、半導体装置１のコーナ以外の場所では、上記両接合部およびハンダボール２自体に加わる応力ほどではないが、収縮率の違いにより生じる応力が常に作用している。つまり、半導体装置１の各ハンダボール２における両接合部およびハンダボール２自体には、ずれを生じさせようとする応力が常に作用していることになる。
【００９８】
以上のように、上記ずれを生じさせようとする応力、言い換えれば、元の状態に戻ろうとするエネルギーは、主として、ハンダボール２の内部や上記両接合部で蓄えられている。このため、ハンダボール２の内部や上記両接合部では金属疲労が生じやすくなる。そして、上記金属疲労が進み、ハンダボール２や両接合部で破断が生ずると、半導体装置１は、その機能を喪失することになる。
【００９９】
ところが、上記半導体装置１においては、図６に示すように、金属部６全体に渡り、歪むことが可能となる。
【０１００】
これは、本発明の半導体装置１が、上述したように、保護膜４は、ヤング率が２０〜１００ＭＰａの物性を示す柔らかい材料、例えば、シリコン変性合成ゴムで形成され、かつ、が電極端子２毎に独立して存在する構成をとっているためである。
【０１０１】
つまり、上記保護膜４は、柔らかい材料で形成されているため伸縮性を有しており、容易に変形する。また、上記保護膜４が電極端子２毎に独立して設けられているため、他の電極端子（ハンダボール）２に対応して備えられた別の保護膜４の変位による影響を被らない。言い換えれば、保護膜４は、この保護膜４上に載置されたハンダボール２の変位にのみ影響を受けて変形し、各ハンダボール２同士が、保護膜を介して互いに力を及ぼすことはない。それゆえ、金属部６全体に渡り、歪むことができる。
【０１０２】
なお、図６に示すように、金属部６にかかる圧縮応力Ｆ１（半導体チップ２０の中心側）と引張応力Ｆ２（半導体チップ２０の周囲側）とに対して、金属部６全体が歪むことにより、金属部６と保護膜４との接触部の位置も大きく変位する。その中でも、とりわけ、引張応力Ｆ２に対して、金属部６と保護膜４との接触部の変位が生じる。
【０１０３】
また、金属部６の傘構造により、上記傘部分６ａと電極端子との接合部の面積を大きくすることができ、この接合部に加わる応力を低減することができる。
【０１０４】
以上により、上記半導体装置１を外部の回路基板３０と接続した場合、ハンダボール２にかかる応力、金属部６とハンダボール２との接合部で生ずる応力、およびハンダボール２と金属ランド３１との接続部で生ずる応力を低減することができ、ハンダボール２や上記両接合部での破断をより効果的に防ぐことが可能となる。
【０１０５】
それゆえ、本発明の半導体装置１においては、半導体装置１の実装後の熱ストレスに対して、あるいは、実装後の機械的な衝撃に対しても、従来の半導体装置よりも実装時の信頼性を向上させることが可能となる。
【０１０６】
また、図７は、上記保護膜４を形成する前（図４（ｆ）で示される工程の前）に、窒化シリコン膜などの耐湿性に優れた別の保護膜（他の保護膜）１３を形成した場合の半導体装置１’の断面の一部を拡大した拡大図である。なお、保護膜１３を形成した場合には、シード層９をエッチングする前に、この保護膜１３をエッチングする必要がある。
【０１０７】
このような構成でも、上記半導体装置１と同様な効果を得ることができる。
【０１０８】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に形成された複数の電極パッドと、前記基板上に形成されるとともに前記各電極パッドの形成領域に第１開口部を有する絶縁層とを備えた半導体チップが配された半導体ウエハに対して、半導体チップの主面側にスパッタリング法により金属シード層を形成する第１の工程と、前記金属シード層上に第１感光性レジスト層を形成して、前記第１感光性レジスト層に、フォトリソグラフィー法により複数の第２開口部を形成する第２の工程と、前記第２開口部に、前記金属シード層を電極として、電解めっきにより前記電極パッドに接続される導電部を形成する第３の工程と、前記第１感光性レジスト層を剥離する第４の工程と、前記導電部の一部が露出するように前記導電部を覆い、かつ、前記導電部毎に分離した絶縁性の保護膜であって、エポキシ系樹脂よりも縦弾性係数が小さい弾性体である保護膜をスクリーン印刷法により形成する第５の工程と、前記保護膜が形成された半導体チップ上に第２感光性レジスト層を形成する第６の工程と、前記導電部の一部が露出した保護膜における領域部を第３開口部とすると、前記第２感光性レジスト層に対して、前記第３開口部よりも開口径の大きな第４開口部を、第３開口部上にフォトリソグラフィー法により形成する第７の工程と、前記第３開口部内および前記第４開口部内に、電解めっきにより、前記導電部に接続される第１電極部を形成する第８の工程と、前記第２感光性レジスト層を剥離する第９の工程と、前記金属シード層の露出部分をエッチングする第１０の工程と、前記第１電極部上に電極端子を形成する第１１の工程と、前記半導体チップを前記半導体ウエハから個片化する第１２の工程とを備えている方法であると言える。
【０１０９】
上記の方法によれば、第１の工程により基板上に金属シード層が形成され、第２の工程により、第２開口部を有する第１感光性レジスト層が形成される。また、第３の工程により、前記電極パッドに接続される導電部が形成され、第４の工程により、上記第１感光性レジスト層が剥離される。
【０１１０】
また、第５の工程により、上記導電部の一部が露出するように該導電部を覆い、かつ、導電部毎に分離した絶縁性の保護膜であって、エポキシ系樹脂よりも縦弾性係数が小さい弾性体である保護膜が形成される。
【０１１１】
さらに、第６の工程により、前記保護膜が形成された半導体チップ上に第２感光性レジスト層が形成され、第７の工程により、前記第２感光性レジスト層に対して、前記第３開口部よりも開口径の大きな第４開口部が、第３開口部上に形成される。
【０１１２】
また、第８の工程により、前記第３開口部内および前記第４開口部内に、前記導電部に接続される第１電極部が形成される。さらに、第９の工程により、上記第２感光性レジスト層が剥離され、第１０の工程により、上記金属シード層の露出部分が除かれる。
【０１１３】
そして、第１１の工程により、上記第１電極部上に電極端子が形成され、第１２に工程により、前記半導体チップを前記半導体ウエハから個片化することで半導体装置が得られる。
【０１１４】
なお、上記の第５の工程のかわりに、感光性ポリマーで保護膜を一旦形成した後、マスキング、露光、および現像処理により、この保護膜の所定の部分を除去する処理を行い、所望とする保護膜を形成してもよい。あるいは、感光性以外の材質で保護膜を一旦形成し、この保護膜上に感光性レジストを塗布して感光性レジスト層を形成した後、マスキング、露光、および現像処理により、所望とする保護膜を得てもよい。
【０１１５】
【発明の効果】
本発明の半導体装置は、以上のように、複数の外部接続用の電極と、前記電極に接続される導電部と、前記電極と前記導電部とを接続するための開口部を有するとともに、前記導電部上に設けられた保護膜とを備え、前記保護膜は、絶縁性弾性体によって形成され、
前記電極及び当該電極に接続される導電部毎に独立して形成されているものである。
【０１１６】
それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することが可能となる。したがって、外部の回路基板への実装後の熱ストレスに対して、および、実装後の機械的な衝撃に対して、従来の半導体装置よりも実装時の信頼性を向上させることが可能な半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１１７】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記電極は、前記導電部側の第１電極部と、前記第１電極部に対して前記導電部と反対側の第２電極部とからなり、前記第１電極部は、前記開口部から前記保護膜上に広がった傘状の形状部を有し、前記傘状の形状部の表面が前記第２電極部との接合面となっているものである。
【０１１８】
それゆえ、第１電極部と第２電極部との接合面の面積を大きくすることができる。したがって、上記第１電極部と第２電極部との接合面に加わる応力を小さくすることができるという効果を奏する。
【０１１９】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記保護膜は、スクリーン印刷が可能な流動性の熱硬化型ペースト材を加熱することにより形成されるものである。
【０１２０】
それゆえ、簡単に、所望の形状の保護膜を形成することができるという効果を奏する。
【０１２１】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記保護膜の縦弾性係数は、２０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の範囲内であるものである。
【０１２２】
それゆえ、先端部を除いた電極の部分が歪み易くなる。したがって、先端部に作用している応力を軽減することが可能となるという効果を奏する。
【０１２３】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記保護膜は、シリコン変成型合成ゴムからなるものである。
【０１２４】
それゆえ、特殊な材料を用いることなく、上記保護膜を形成することができるという効果を奏する。
【０１２５】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記導電部と前記保護膜との間には、さらに、他の保護膜が備えられているものである。
【０１２６】
それゆえ、他の保護膜が設けられていない場合よりも、上記導電部をより一層保護することができるという効果を奏する。
【０１２７】
本発明の半導体装置の製造方法は、以上のように、前記保護膜を、前記電極及び当該電極に接続される導電部毎に独立して形成し、かつ、絶縁性弾性体で形成する保護膜形成工程を備える方法である。
【０１２８】
それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することが可能となる。したがって、外部の回路基板への実装後の熱ストレスに対して、および、実装後の機械的な衝撃に対して、従来の半導体装置よりも実装時の信頼性を向上させることが可能な半導体装置の製造方法を提供することができるという効果を奏する。
【０１２９】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、上記の半導体装置の製造方法において、前記保護膜形成工程の前に、前記導電部を保護する他の保護膜を形成する工程を備えている方法である。
【０１３０】
それゆえ、上記の方法によれば、他の保護膜が設けられていない場合よりも、上記導電部をより一層保護することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、図２の半導体装置におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る、半導体チップの主面側から視た半導体装置の平面図である。
【図３】図３は、図１のＢ部の拡大図である。
【図４】図４（ａ）から図（ｐ）は、上記半導体装置の製造工程を示す説明図である。
【図５】図５は、上記半導体装置を外部の回路基板（実装基板）に実装した状態を示した断面図である。
【図６】図６は、図５のＣ部の拡大図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る、他の半導体装置の断面拡大図である。
【図８】図８は、一般的なウエハレベルＣＳＰのウエハ状態を示した説明図である。
【図９】図９は、半導体チップの主面側から視た従来の半導体装置の平面図である。
【図１０】図１０は、図９のＤ−Ｄ線矢視断面図である。
【図１１】図１１は、図１０のＥ部の拡大図である。
【図１２】図１２は、他の従来の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１・１’ 半導体装置
２ 電極端子（第２電極部、ハンダボール、外部接続用の電極）
３ 再配線（導電部）
４ 保護膜
４ａ 開口部
５ 絶縁膜
５ａ 開口部
６ キノコ状の金属部（第１電極部、外部接続用の電極）
６ａ 傘部分（傘状の形状部）
７ 基板
８ 電極パッド
９ シード層
１０・１１ 感光性レジスト層
１１ａ 開口部
１２ フラックス
１３ 保護膜（他の保護膜）
２０ 半導体チップ
３０ 外部の回路基板
３１ 金属ランド
５０・１１０ 半導体装置
５２・１２４ 電極端子
１０６ 電極
１０７ 絶縁体
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の電子機器に搭載または内蔵される半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、小型携帯電子機器の分野では、内部に搭載される電子部品の小型化、高機能化、および高密度実装化が図られている。また、半導体チップを収納するパッケージにおいても、より小型のものが求められている。そして、半導体チップのサイズと等しいかほぼ等しいサイズを有する、表面型のチップサイズパッケージ（以下、ＣＳＰと称する）等のＩＣパッケージ（半導体装置）が開発され、このＣＳＰも小型実装部品の一つとなっている。また、ウエハの状態でパッケージングを行うウエハレベルＣＳＰ（半導体装置）も、小型実装部品の一つとなりつつある。図８は、一般的なウエハレベルＣＳＰのウエハ状態を示した説明図である。
【０００３】
これらＣＳＰと呼ばれるものの多くの半導体装置は、いわゆるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）の一種とされており、外部接続用端子としてパッケージの表面に、ハンダ等で形成された球形の金属ボールを備えており、この金属ボールを介して実装基板に実装される。
【０００４】
また、半導体チップの電極部に、ハンダ等で形成したバンプと呼ばれる球形の金属ボールを備えるフリップチップと呼ばれるものもあるが、構造体に外部接続用端子として突起電極、つまり金属ボールが設けられている点では上記ＣＳＰと同じ構成をしている。
【０００５】
上記ウエハレベルＣＳＰの一種について、図９〜図１２を基に説明する。なお、図９〜図１１には、上記ウエハレベルＣＳＰの基本的な構造を示し、図１２には、さらに実装時の信頼性を向上させた進化型のウエハレベルＣＳＰを示す。また、以下では、ウエハレベルＣＳＰを半導体装置と称する。
【０００６】
図９は半導体チップの主面側から視た従来の半導体装置の平面図であり、図１０は図９のＤ−Ｄ線矢視断面図である。また、図１１は図１０のＥ部の拡大図である。
【０００７】
半導体装置５０は、詳細については後述するが、図９に示すとおり、複数の電極端子５２…、この電極端子５２…のそれぞれに接続される再配線５３…、および、この再配線５３…を保護するための保護膜５４を有している。また、図１０に示すとおり、半導体装置５０は、上記再配線５３に関して、電極端子５２…と反対側に半導体チップ６０を備えている。
【０００８】
ここで、上記保護膜５４は、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）等の材料で形成される。なお、上記ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）の縦弾性係数は、一例として約３０００ＭＰａ、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）の縦弾性係数は、一例として約２３００ＭＰａである。
【０００９】
また、上記半導体チップ６０は、図１１に示すとおり、基板５１の主面に複数の電極５６が形成されるとともに、各電極５６のそれぞれを完全に塞がないように、電極５６の一部の領域が絶縁膜５７で覆われて形成されている。ここで、上記絶縁膜５７は、例えば酸化膜や窒化膜で形成されており、更にポリイミド等の絶縁膜を付加して形成されている場合もある。
【００１０】
上記半導体チップ６０上には、上記再配線５３が、下地であるシード層５５を介して形成されている。また、上記保護膜５４は、再配線５３の一部を塞がないような開口部を有している。さらに、上記電極端子５２、例えばハンダボールが、外部の接続端子等と接続できるように、上記開口部に設けられている。
【００１１】
図１２は、図９〜図１１で説明した半導体装置に工夫を加えたものであり、半導体チップの主面側から視た半導体装置の断面図のみ示している。また、この図１２に示す半導体装置は、特開２００１−２９１７３３号公報に開示された半導体装置１１０である。
【００１２】
半導体チップ１００は、基板１０１の主面に複数の電極（接続パッド）１０２が形成されるとともに、各電極１０２を完全に塞がないように、各電極１０２の一部の領域が絶縁膜１０３で覆われている。ここで、上記絶縁膜１０３は、例えば酸化膜で形成されている。そして、上記半導体チップ１００上に、下地をシード層（図示せず）とする再配線１０５が形成されている。
【００１３】
ここまでの説明は、図９〜図１１を基に説明した半導体装置の構成と基本的に同じである。異なる点は、再配線１０５と、上記電極端子５２に相当する電極端子１２４（ハンダボール等）との間に、銅等の金属をめっき処理により成長させて形成された、ピラーまたはポストと呼ばれる複数の電極１０６と、この複数の電極１０６どおしの間を充填する、エポキシ系樹脂等で形成された厚膜の絶縁体１０７とを有する点である。
【００１４】
また、上記電極１０６は、下部電極１０６ａと上部電極１０６ｂとで構成されている。上記電極１０６の形成に際しては、先に下部電極１０６ａを形成し、下部電極１０６ａを含む半導体チップ１００上に絶縁体１０７を形成する。そして、絶縁体１０７の上面側を研磨することにより下部電極１０６ａの上面を露出させ、露出させた部分に上部電極１０６ｂを形成する。これにより、キノコ状の電極１０６が完成する。
【００１５】
さらに、上部電極１０６ｂ上に金属ボール（例えば、ハンダで形成されたハンダボール）を載せて、金属ボールをリフロー（ハンダペーストまたはフラックスで溶着）させることにより外部接続端子となる電極端子１２４を形成し、その後、ダイシングによりウエハから各半導体チップ単位に個片化することで半導体装置１１０が完成する。
【００１６】
図１２に示す半導体装置１１０は、図９〜図１１に示した半導体装置５０や、下部電極１０６ａの上に単純に金属ボールを載せた構造の半導体装置と比較して、金属ボールとその下地の金属との接合面積、つまり電極端子１２４と電極１０６との接合部分の面積を大きくすることができ、接合信頼性の向上が図られる。
【００１７】
より詳しくは、金属ボールの溶融・凝固を利用した半導体装置を外部の回路基板に実装する場合に、この半導体装置と外部の回路基板との熱膨張係数の違いから生じるハンダボール（電極端子１２４）の取り付け部分における応力の集中を緩和することができる。また、上記のように応力の集中を緩和できることにより、上記半導体装置１１０の振動や曲げ等機械的ストレスによって生ずる接合部分の破断を防止できる。それゆえ、上記半導体装置１１０を外部の回路基板への実装した際における、半導体装置１１０自体の信頼性や半導体装置と外部の回路基板とからなる回路基板の信頼性を高めることができる。
【００１８】
【特許文献１】
特開２００１−２９１７３３号公報（公開日：平成１３年１０月１９日）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の半導体装置１１０では、応力分散による実装時の信頼性の向上は認められるが、上記電極端子１２４と電極１０６との接合部分における領域の面積の増大により応力を分散させるには限界がある。つまり、上記接合部分に加わる応力は上記面積の増大分緩和されるが、依然として、接合部分にはある程度の大きな応力が加わることになる。
【００２０】
また、上記の半導体装置１１０では、比較的硬質なエポキシ系の樹脂で形成された絶縁体１０７上に上部電極１０６ｂが固定されて形成されているため、半導体装置１１０を外部の回路基板に実装し、上記接合部分に応力が生じた場合でも、上部電極１０６ｂの基板１０１に対する配置位置の変位はほとんど生じない。一方、上記電極端子１２４は、上記応力により形状が変形した状態で、外部回路基板と接合されることになる。このように、上記半導体装置１１０では、主として、電極端子１２４の変形で、上記外部の回路基板との接合を図っている。したがって、上記電極端子１２４自体にも大きな応力が加わった状態となる。
【００２１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、外部の回路基板への実装後の熱ストレスに対して、および、実装後の機械的な衝撃に対して、実装時の装置の信頼性を向上させることが可能な半導体装置を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、上記の課題を解決するために、複数の外部接続用の電極と、前記電極に接続される導電部と、前記電極と前記導電部とを接続するための開口部を有するとともに、前記導電部上に設けられた保護膜とを備え、前記保護膜は、絶縁性弾性体によって形成され、前記電極及び当該電極に接続される導電部毎に独立して形成されていることを特徴としている。
【００２３】
上記の発明によれば、上記保護膜は、弾力性のある材質で形成されている。
【００２４】
ここで、上記半導体装置を外部の回路基板に実装する場合には、一般に、リフロー装置を用いて、まず、半導体装置と外部の回路基板とを一定範囲の温度（例えば２３０℃〜２６０℃）まで加熱し、上記外部接続用の電極（以下、外部接続用電極と称する）の先端部（導電部と反対側の部位で、例えばハンダで形成されたハンダボール部）を溶解させ、半導体装置と外部の回路基板とを溶着させる。その後は、上記リフロー装置内で、常温の状態（例えば２５℃）にまで冷却される。
【００２５】
上記のように半導体装置を外部の回路基板へ実装する場合には、半導体装置および外部の回路基板ともに膨張した状態にて、上記先端部と上記外部の回路基板の接続部との接合がなされる。ここで、半導体装置の膨張係数と、外部の回路基板の膨張係数とは、その組成からして互いに異なる。それゆえ、接合した両者を常温の状態に戻した場合には、半導体装置の外部接続用電極や、外部の回路基板との接続部に大きな応力が生じることとなる。
【００２６】
とりわけ、上記保護膜が硬質な材料で形成されている場合には、半導体装置の外部接続用電極の先端部に特に大きな応力が作用する。つまり、上記外部接続用電極の側面部が硬質な材料で強固に固定されるために、外部接続用電極における先端部を除いた部分（外部接続用電極の一部分）が歪むことができず、先端部が大きな応力を受けて歪むことになる。それゆえ、外部の回路基板に実装した際に、この先端部や上記接続部に金属疲労が生じやすくなり、装置の信頼性が低下する。
【００２７】
しかしながら、上記保護膜を弾性体で形成することにより、外部接続用電極における先端部を除いた部分についても歪むことが可能となる。つまり、外部接続用電極における先端部を除いた部分は、伸縮可能な材質で固定されているため歪み易くなる。それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することが可能となる。
【００２８】
また、上記保護膜は、前記外部接続用電極毎に分離した状態で形成されている。つまり、上記保護膜が外部接続用電極毎に独立して設けられている。
【００２９】
このため、上記保護膜は、他の外部接続用電極に対応して備えられた別の保護膜の変位による影響を被らない。つまり、上記保護膜は、この保護膜に対応する外部接続用電極の変位にのみ影響を受けて変形し、前記外部接続用電極と前記他の外部接続用電極とが保護膜を介して互いに力を及ぼすことはない。
【００３０】
したがって、外部接続用電極における先端部を除いた部分は、他の保護膜の変位による外力を受けることがなくなり、歪み易くなる。それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することができる。
【００３１】
以上により、外部の回路基板への実装後の熱ストレスに対して、および、実装後の機械的な衝撃に対して、従来の半導体装置よりも実装時の信頼性を向上させることが可能な半導体装置を提供することができる。
【００３２】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記電極は、前記導電部側の第１電極部と、前記第１電極部に対して前記導電部と反対側の第２電極部とからなり、前記第１電極部は、前記開口部から前記保護膜上に広がった傘状の形状部を有し、前記傘状の形状部の表面が前記第２電極部との接合面となっていることを特徴としている。
【００３３】
上記の発明によれば、上記第１電極部は、上記開口部から保護膜上に広がった傘状の形状部を有し、この傘状の形状部の表面が前記第２電極部との接合面となっている。
【００３４】
ところで、例えば、チップサイズパッケージ型の外部接続用電極（電極端子）は、一般に、上記導電部に接続された導電性の金属部にハンダボール等を溶着させることにより形成される。つまり、この外部接続用電極は、金属部（第１電極部）とハンダボール部（第２電極部）とにより構成される。
【００３５】
本発明では、上記の構成により、第１電極部と第２電極部との接合面の面積を大きくすることができる。それゆえ、上記第１電極部と第２電極部との接合面に加わる応力を小さくすることができる。
【００３６】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記保護膜は、スクリーン印刷が可能な流動性の熱硬化型ペースト材を加熱することにより形成されることを特徴としている。
【００３７】
上記の発明によれば、上記保護膜は、スクリーン印刷が可能な流動性の熱硬化型のペースト材を用いて形成されている。
【００３８】
したがって、簡単に、所望の形状の保護膜を形成することができる。
【００３９】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記保護膜の縦弾性係数は、２０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の範囲内であることを特徴としている。
【００４０】
上記の発明によれば、上記保護膜の縦弾性係数は、２０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の範囲内である。
【００４１】
したがって、外部接続用電極における先端部を除いた部分が歪み易くなる。それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することが可能となる。
【００４２】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記保護膜は、シリコン変成型合成ゴムからなることを特徴としている。
【００４３】
上記の発明によれば、上記保護膜は、シリコン変成型合成ゴムで形成されている。
【００４４】
したがって、特殊な材料を用いることなく、上記保護膜を形成することができる。
【００４５】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記導電部と前記保護膜との間には、さらに、他の保護膜が備えられていることを特徴としている。
【００４６】
上記の発明によれば、上記導電部は、さらに他の保護膜により保護されている。
【００４７】
したがって、他の保護膜が設けられていない場合よりも、上記導電部をより一層保護することができる。例えば、上記他の保護膜を耐湿性に優れた材質で形成することにより半導体装置の信頼性を、さらに向上することができる。
【００４８】
本発明の半導体装置の製造方法は、上記の課題を解決するため、複数の外部接続用の電極と前記電極に接続される導電部とを接続するための開口部を有する絶縁性の保護膜であって、かつ、前記導電部上に設けられた絶縁性の保護膜を備えた半導体装置の製造方法において、前記保護膜を、前記電極及び当該電極に接続される導電部毎に独立して形成し、かつ、絶縁性弾性体で形成する保護膜形成工程を備えることを特徴としている。
【００４９】
上記の方法によれば、上記保護膜形成工程により、保護膜が、前記導電部毎に分離して形成され、かつ、絶縁性弾性体で形成される。
【００５０】
ここで、上記半導体装置を外部の回路基板に実装する場合には、一般に、リフロー装置を用いて、まず、半導体装置と外部の回路基板とを一定範囲の温度（例えば２３０℃〜２６０℃）まで加熱し、上記外部接続用電極の先端部（導電部と反対側の部位で、例えばハンダで形成されたハンダボール部）を溶解させ、半導体装置と外部の回路基板とを溶着させる。その後は、上記リフロー装置内で、常温の状態（例えば２５℃）にまで冷却される。
【００５１】
上記のように半導体装置を外部の回路基板へ実装する場合には、半導体装置および外部の回路基板ともに膨張した状態にて、上記先端部と上記外部の回路基板の接続部との接合がなされる。ここで、半導体装置の膨張係数と、外部の回路基板の膨張係数とは、その組成からして互いに異なる。それゆえ、接合した両者を常温の状態に戻した場合には、半導体装置の外部接続用電極や、外部の回路基板との接続部に大きな応力が生じることとなる。
【００５２】
とりわけ、上記保護膜が硬質な材料で形成されている場合には、半導体装置の外部接続用電極の先端部に特に大きな応力が作用する。つまり、上記外部接続用電極の側面部が硬質な材料で強固に固定されるために、外部接続用電極における先端部を除いた部分（外部接続用電極の一部分）が歪むことができず、先端部が大きな応力を受けて歪むことになる。それゆえ、外部の回路基板に実装した際に、この先端部や上記接続部に金属疲労が生じやすくなり、装置の信頼性が低下する。
【００５３】
しかしながら、上記の保護膜を、上記保護膜形成工程で示したように、弾性体で形成することにより、外部接続用電極における先端部を除いた部分についても歪むことが可能となる。つまり、外部接続用電極における先端部を除いた部分は、伸縮可能な材質で固定されているため、歪み易くなる。それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することが可能となる。
【００５４】
また、上記保護膜は、前記外部接続用電極毎に分離した状態で形成されている。つまり、上記保護膜が外部接続用電極毎に独立して設けられている。このため、上記保護膜は、他の外部接続用電極に対応して備えられた別の保護膜の変位による影響を被らない。つまり、上記保護膜は、この保護膜に対応する外部接続用電極の変位にのみ影響を受けて変形し、前記外部接続用電極と前記他の外部接続用電極とが保護膜を介して互いに力を及ぼすことはない。それゆえ、外部接続用電極における先端部を除いた部分は、他の保護膜の変位による外力を受けることがなくなり、歪み易くなる。それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することが可能となる。
【００５５】
以上により、外部の回路基板への実装後の熱ストレスに対して、および、実装後の機械的な衝撃に対して、従来の半導体装置よりも実装時の信頼性を向上させることが可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００５６】
なお、上記保護膜の形成にあたっては、例えば、スクリーン印刷法を用いることができる。
【００５７】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、上記の半導体装置の製造方法において、前記保護膜形成工程の前に、前記導電部を保護する他の保護膜を形成する工程を備えていることを特徴としている。
【００５８】
上記の方法によれば、上記導電部は、さらに他の保護膜により保護されている。
【００５９】
したがって、上記の方法によれば、他の保護膜が設けられていない場合よりも、上記導電部をより一層保護することができる。例えば、上記他の保護膜を耐湿性に優れた材質で形成することにより半導体装置の信頼性を、さらに向上することができる。
【００６０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態につき図１〜図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００６１】
図２は本発明の実施の形態に係る、半導体チップの主面側、つまり後述する電極端子２を取り付けた側から視た半導体装置１の平面図である。また、図１は図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。図３は図１のＢ部の拡大図である。
【００６２】
半導体装置１は、詳細については後述するが、図２に示すとおり、複数の電極端子（第２電極部）２…、前記電極端子２…のそれぞれに接続される再配線（導電部）３…、この再配線３…を保護するための保護膜（絶縁性の保護膜）４、絶縁膜（絶縁層）５、および、電極となる導電性のキノコ状の金属部（第１電極部）６を有している。また、図１に示すとおり、半導体装置１は、上記再配線３に関して、電極端子２…と反対側に半導体チップ２０を備えている。なお、前記電極端子２と、この電極端子２に対応する金属部６とをあわせて、外部接続用の電極と称する。
【００６３】
また、上記半導体チップ２０は、図３に示すとおり、基板７の主面に複数の電極パッド８（図３では、１つの電極パッド８のみを表示）が形成されるとともに、各電極パッド８のそれぞれを完全に塞がないように、電極パッド８の一部の領域が上記絶縁膜５で覆われて形成されている。より詳しくは、上記絶縁膜５は、電極パッド８の一部を塞がないような開口部（第１開口部）５ａを有している。ここで、上記絶縁膜５は、例えば酸化膜や窒化膜で形成されており、更にポリイミド等の絶縁膜を付加して形成されている場合もある。
【００６４】
上記半導体チップ２０上には、上記再配線３が、下地であるシード層（金属シード層）９を介して形成されている。より詳しくは、電極パッド８の一部の領域と絶縁膜５の一部の領域との上にシード層９が形成され、このシード層９の一部の領域上に再配線３が形成されている。
【００６５】
また、本発明の特徴である上記保護膜４は、上記再配線３を覆うように形成されている。また、上記保護膜４は、再配線３の一部を塞がないような開口部（第３開口部）４ａを有している。さらに、図示しているように、保護膜４は、再配線３の一部の領域とシード層９の一部の領域との上に形成されている。
【００６６】
さらに、上記金属部６は、上記開口部４ａを完全に充填し、かつ、開口部４ａから溢れて保護膜４上の一部領域に広がったような形状、つまりキノコ状の形状に形成されている。また、上記電極端子２（例えばハンダボール）が、外部の接続端子等と接続できるように、上記金属部６上に設けられている。
【００６７】
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法を、図４（ａ）〜図４（ｐ）を基に説明する。
【００６８】
まず、図４（ａ）に示すように、上記基板７の主面側において複数の電極パッド８が露出し、かつ、表面が上記絶縁膜５で覆われた半導体チップ２０を準備する。なお、この時点および以下に示す図４（ｐ）に至る時点までは、半導体チップが製造される状態、つまり図１１に示したような半導体チップが切断されず複数個連なった状態（いわゆる、ウエハ状態）でプロセスは進行するが、図４（ａ）〜図４（ｐ）はウエハのある一箇所の半導体チップについてのみ図示するものとする。
【００６９】
次に、図４（ｂ）に示すように、スパッタリング装置でウエハ全面にチタンタングステンス（ＴｉＷ）を０．１〜０．３μｍの厚みに形成し、その上に銅を０．１〜０．３μｍの厚みで蒸着させることにより、シード層９を形成する。その後、さらにシード層９上に、スピンコータで感光性レジスト（例えば、東京応化工業（株）製ＰＭＥＲシリーズの感光性レジスト）を塗布し、感光性レジスト層（第１感光性レジスト層）１０を形成する。
【００７０】
その後、図４（ｃ）に示すとおり、上記感光性レジスト層１０にマスキングを施し、露光および現像処理により所定の部分を除去する。なお、この時、感光性レジスト層１０の膜厚は１０〜２０μｍとなっている。この所定の部分を除去した際に形成される開口部を第２開口部と称する。
【００７１】
次に、図４（ｄ）に示すとおり、上記シード層９を電極とした電解めっきにより、感光性レジスト層１０を除去した部分に再配線３を形成する。より詳しくは、上記感光体レジスト層１０を除去したシード層９上に、銅、ニッケル、および、金を用いて、この順番で連続めっきする。ここでは、銅を４〜８μｍの膜厚で形成し、続いてニッケルを４〜８μｍの膜厚で形成し、さらに続いて金を０．０５〜０．１５μｍの膜厚で形成するものとする。なお、上記再配線３を形成する工程では、上記電極パッド８の直上のみに再配線を形成し、以後に形成される金属部６が電極パッド８の直上となるような配置とすることもできる。
【００７２】
次に、図４（ｅ）に示すとおり、図４（ｃ）でシード層９上に残した感光性レジスト１０を剥離液で完全に除去する。その後、図４（ｆ）に示すとおり、再度、スピンコータでウエハ全面に保護膜４を塗布する。この保護膜４としては、例えば、ネガ型エポキシ系の感光性ポリマーを使用すればよい。
【００７３】
なお、以下の記載では、説明の便宜上、外部接続用端子である電極端子（ハンダボール）２のピッチが０．５ｍｍである場合を想定して寸法を記載することとする。
【００７４】
次に、図４（ｇ）に示すとおり、上記保護膜４にマスキングを施し、露光および現像処理により所定の部分を除去し、所望とする形状の保護膜４を形成する。より詳しくは、所定の部分除去後の保護膜４は、各再配線３を独立して覆いつつも、各再配線３上の一部分の領域、つまり、この後に外部接続端子が形成される領域に相当する部分は覆わないような形状で形成される。つまり、上述した開口部４ａが形成されるように、保護膜４が形成されている。また、上記開口部４ａの上部の開口径は約１００μｍとなっている。さらに、この時、保護膜４の膜厚は３０μｍとなっている。
【００７５】
なお、上記保護膜４は感光性の膜である必要はない。例えば、保護膜４をウエハ全面に塗布後、保護膜４の上に上述した感光性レジスト等を塗布する方式を採ってもよい。この場合には、上記感光性レジスト層をパターニングすることによりマスクとして作用させ上記保護膜４を部分的に除去した後に、感光性レジスト層を剥離しても同様の形状を得ることができる。
【００７６】
また、図４（ｆ）および図４（ｇ）により形成される保護膜４は、上記の方法とは別の方法、すなわちスクリーン印刷法により形成することも可能である。この場合には、保護膜４の材料として、例えばシリコン変性型合成ゴムを採用することにより、上述したネガ型エポキシ系の感光性ポリマーを用いた場合よりも、保護膜自体の弾力性が大きくなるため、後述するように実装時の信頼性向上により大きく寄与することとなる。
【００７７】
さらに、上記保護膜４の形成時において、保護膜４の厚みを様々に変えることにより、上記金属部６、ひいては電極端子２についての基板７の主面からの高さを調節することができる。
【００７８】
また、上記保護膜４は、最終工程後、つまり、後述する図４（ｐ）で説明する処理後の縦弾性係数（ヤング率）が、２０〜１００ＭＰａの範囲で表される物性を示す材料を用いて形成するのが好ましい。上記のシリコン変性型合成ゴムでは、縦弾性係数が約３６ＭＰａとなり、好適である。一方、ポリイミド系の材料の縦弾性係数は、おおよそ２０００から１００００ＭＰａの範囲（約５０００ＭＰａ程度の値）で表される。それゆえ、硬すぎるため保護膜４の材料としては適当でない。また、エポキシ系の材料の縦弾性係数は、一般に１００００ＭＰａ以上であり、硬すぎるため保護膜４の材料としては適当でない。
【００７９】
上記保護膜４にマスキングを施し、露光および現像処理により所定の部分を除去した後は、図４（ｈ）に示すとおり、さらにスピンコータでウエハ全面に感光性レジストを塗布し、感光性レジスト層（第２感光性レジスト層）１１を形成する。その後は、図４（ｉ）に示すとおり、マスキングを施し、露光および現像処理を行うことにより所定の部分を除去する。
【００８０】
この場合、所定の場所とは、この後の電解めっきにより、再配線３上に金属部６を成長させる場所を指す。なお、図４（ｉ）に示すように、感光性レジスト層１１は、金属部６を成長させる際に、シード層９上にもめっきが成長するのを回避するために一部の領域においては、除去せずに残しておく。このように、一部の領域において感光性レジスト層１１を残しておくことにより、上記感光性レジスト層１１に、上記開口部４ａよりも開口径の大きな開口部（第４開口部）１１ａを、上記開口部４ａ上に形成することができる。
【００８１】
なお、上記感光性レジスト層１１は、この層を形成する感光性レジストを塗布する前の状態において表面に露出しているシード層９上に、少なくとも残っていればよい。したがって、上記感光性レジスト層１１を形成する代わりに、シード層９が表面に露出している部分に絶縁体を印刷してもよい。
【００８２】
次に、図４（ｊ）および図４（ｋ）に示すとおり、上記所定の部分を除去した後は、シード層９を電極とした電解めっきにより、銅を成長させ、上述した金属部６を形成する。なお、図４（ｊ）は、めっきの途中の状態を示した断面図であり、図４（ｋ）は、めっきが完了した状態を示した断面図である。なお、めっきが完了した状態においては、金属部６の傘部分（傘状の形状部）６ａにおける下部の径は２００μｍとなっている。
【００８３】
次に、図４（ｌ）に示すとおり、感光性レジスト層１１を剥離する。その後、感光性レジスト層１１の剥離により露出したシード層９を、図４（ｍ）に示すとおり、矢印Ｆ０の方向にエッチャントでエッチングする。
【００８４】
なお、チタンタングステンおよび銅で形成されたシード層９をエッチングする際、金属部６と保護膜４とがマスクとなる。この時、金属部６が銅で形成されているため、金属部６についても、その表面が若干エッチングされる。しかしながら、上記シード層９の厚みに対し、金属部６の厚みが十分に厚いため、金属部６のサイズはほとんど変化しない。
【００８５】
次に、エッチャントでエッチングした後は、図４（ｎ）に示すとおり、上記金属部６上にフラックス１２を転写する。その後、図４（ｏ）に示すとおり、上記フラックス１２上に、３００μｍ径のハンダボール（電極端子）２を載置する。
【００８６】
そして、ウエハ全体を２３０℃から２６０℃の温度に設定されたリフロー装置の炉に通して上記ハンダボール２を溶融し、その後、ウエハ全体を常温の環境に戻すことにより、ハンダボール２が金属部６の上部に接合されることになる。
【００８７】
さらに、上記ウエハ全体をダイシング、つまり個片化することにより、本発明の半導体装置１が得られる。
【００８８】
図５は、本発明の半導体装置１を外部の回路基板（実装基板）３０に実装した状態を示した断面図である。上記外部の回路基板の表面には、外部の電極端子との接続部となる金属ランド３１、および、ソルダーレジスト３２が形成されている。
【００８９】
また、図６は図５のＣ部の拡大図である。
【００９０】
本発明のような半導体装置（ウエハレベルＣＳＰ）１の場合は、構成材料の大部分を、半導体チップ２０のバルク部であるシリコンが占めている。ここで、シリコンの熱膨張係数は約３×１０-6/℃であり、一般的なガラスエポキシ製の実装基板の熱膨張係数は約１５×１０-6/℃である。
【００９１】
それゆえ、リフロー温度（リフローゾーンにおける温度）を２４０℃した場合、半導体装置１と外部の回路基板３０とは、それぞれに異なる膨張率で熱膨張した状態にて、溶融したハンダボール２を介して接合される。
【００９２】
ここで、上記半導体装置１と外部の回路基板３０とを、２４０℃から常温、例えば２５℃に戻す過程により、以下の式（１）で示すように、半導体装置１と外部の回路基板３０とでは、両者の間に約０．２６パーセントの収縮率の違いが生じることとなる。つまり、図５に示すとおり、常温に戻したときに、外部の回路基板３０の方が、半導体装置１よりも、より収縮しようとする。なお、同図では、矢印にて、この両者の収縮の状態を示している。
【００９３】
【数１】
また、上記半導体装置１における、ハンダボール２のピッチが０．５ｍｍであり、かつ、１３×１３のマトリックスで合計１６９個のハンダボール２が配置されているとすると、半導体装置１のコーナに存在するハンダボール２と上記マトリックスとの中心との距離は、以下の式（２）に示すとおり、約４．２ｍｍとなる。したがって、上記の式（１）で計算した収縮率の違いを掛けると、両者の間で約１１μｍの変位量の差が生じることとなる。
【００９５】
【数２】
つまり、半導体装置１のコーナにおいては、ハンダボール２自体、ハンダボール２と金属部６との接合部、および、ハンダボール２と外部の回路基板３０の表面に設けられた金属ランド３１との接合部には、上記約１１μｍのずれを復元させようとする応力が作用することになる。
【００９７】
また、半導体装置１のコーナ以外の場所では、上記両接合部およびハンダボール２自体に加わる応力ほどではないが、収縮率の違いにより生じる応力が常に作用している。つまり、半導体装置１の各ハンダボール２における両接合部およびハンダボール２自体には、ずれを生じさせようとする応力が常に作用していることになる。
【００９８】
以上のように、上記ずれを生じさせようとする応力、言い換えれば、元の状態に戻ろうとするエネルギーは、主として、ハンダボール２の内部や上記両接合部で蓄えられている。このため、ハンダボール２の内部や上記両接合部では金属疲労が生じやすくなる。そして、上記金属疲労が進み、ハンダボール２や両接合部で破断が生ずると、半導体装置１は、その機能を喪失することになる。
【００９９】
ところが、上記半導体装置１においては、図６に示すように、金属部６全体に渡り、歪むことが可能となる。
【０１００】
これは、本発明の半導体装置１が、上述したように、保護膜４は、ヤング率が２０〜１００ＭＰａの物性を示す柔らかい材料、例えば、シリコン変性合成ゴムで形成され、かつ、が電極端子２毎に独立して存在する構成をとっているためである。
【０１０１】
つまり、上記保護膜４は、柔らかい材料で形成されているため伸縮性を有しており、容易に変形する。また、上記保護膜４が電極端子２毎に独立して設けられているため、他の電極端子（ハンダボール）２に対応して備えられた別の保護膜４の変位による影響を被らない。言い換えれば、保護膜４は、この保護膜４上に載置されたハンダボール２の変位にのみ影響を受けて変形し、各ハンダボール２同士が、保護膜を介して互いに力を及ぼすことはない。それゆえ、金属部６全体に渡り、歪むことができる。
【０１０２】
なお、図６に示すように、金属部６にかかる圧縮応力Ｆ１（半導体チップ２０の中心側）と引張応力Ｆ２（半導体チップ２０の周囲側）とに対して、金属部６全体が歪むことにより、金属部６と保護膜４との接触部の位置も大きく変位する。その中でも、とりわけ、引張応力Ｆ２に対して、金属部６と保護膜４との接触部の変位が生じる。
【０１０３】
また、金属部６の傘構造により、上記傘部分６ａと電極端子との接合部の面積を大きくすることができ、この接合部に加わる応力を低減することができる。
【０１０４】
以上により、上記半導体装置１を外部の回路基板３０と接続した場合、ハンダボール２にかかる応力、金属部６とハンダボール２との接合部で生ずる応力、およびハンダボール２と金属ランド３１との接続部で生ずる応力を低減することができ、ハンダボール２や上記両接合部での破断をより効果的に防ぐことが可能となる。
【０１０５】
それゆえ、本発明の半導体装置１においては、半導体装置１の実装後の熱ストレスに対して、あるいは、実装後の機械的な衝撃に対しても、従来の半導体装置よりも実装時の信頼性を向上させることが可能となる。
【０１０６】
また、図７は、上記保護膜４を形成する前（図４（ｆ）で示される工程の前）に、窒化シリコン膜などの耐湿性に優れた別の保護膜（他の保護膜）１３を形成した場合の半導体装置１’の断面の一部を拡大した拡大図である。なお、保護膜１３を形成した場合には、シード層９をエッチングする前に、この保護膜１３をエッチングする必要がある。
【０１０７】
このような構成でも、上記半導体装置１と同様な効果を得ることができる。
【０１０８】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に形成された複数の電極パッドと、前記基板上に形成されるとともに前記各電極パッドの形成領域に第１開口部を有する絶縁層とを備えた半導体チップが配された半導体ウエハに対して、半導体チップの主面側にスパッタリング法により金属シード層を形成する第１の工程と、前記金属シード層上に第１感光性レジスト層を形成して、前記第１感光性レジスト層に、フォトリソグラフィー法により複数の第２開口部を形成する第２の工程と、前記第２開口部に、前記金属シード層を電極として、電解めっきにより前記電極パッドに接続される導電部を形成する第３の工程と、前記第１感光性レジスト層を剥離する第４の工程と、前記導電部の一部が露出するように前記導電部を覆い、かつ、前記導電部毎に分離した絶縁性の保護膜であって、エポキシ系樹脂よりも縦弾性係数が小さい弾性体である保護膜をスクリーン印刷法により形成する第５の工程と、前記保護膜が形成された半導体チップ上に第２感光性レジスト層を形成する第６の工程と、前記導電部の一部が露出した保護膜における領域部を第３開口部とすると、前記第２感光性レジスト層に対して、前記第３開口部よりも開口径の大きな第４開口部を、第３開口部上にフォトリソグラフィー法により形成する第７の工程と、前記第３開口部内および前記第４開口部内に、電解めっきにより、前記導電部に接続される第１電極部を形成する第８の工程と、前記第２感光性レジスト層を剥離する第９の工程と、前記金属シード層の露出部分をエッチングする第１０の工程と、前記第１電極部上に電極端子を形成する第１１の工程と、前記半導体チップを前記半導体ウエハから個片化する第１２の工程とを備えている方法であると言える。
【０１０９】
上記の方法によれば、第１の工程により基板上に金属シード層が形成され、第２の工程により、第２開口部を有する第１感光性レジスト層が形成される。また、第３の工程により、前記電極パッドに接続される導電部が形成され、第４の工程により、上記第１感光性レジスト層が剥離される。
【０１１０】
また、第５の工程により、上記導電部の一部が露出するように該導電部を覆い、かつ、導電部毎に分離した絶縁性の保護膜であって、エポキシ系樹脂よりも縦弾性係数が小さい弾性体である保護膜が形成される。
【０１１１】
さらに、第６の工程により、前記保護膜が形成された半導体チップ上に第２感光性レジスト層が形成され、第７の工程により、前記第２感光性レジスト層に対して、前記第３開口部よりも開口径の大きな第４開口部が、第３開口部上に形成される。
【０１１２】
また、第８の工程により、前記第３開口部内および前記第４開口部内に、前記導電部に接続される第１電極部が形成される。さらに、第９の工程により、上記第２感光性レジスト層が剥離され、第１０の工程により、上記金属シード層の露出部分が除かれる。
【０１１３】
そして、第１１の工程により、上記第１電極部上に電極端子が形成され、第１２に工程により、前記半導体チップを前記半導体ウエハから個片化することで半導体装置が得られる。
【０１１４】
なお、上記の第５の工程のかわりに、感光性ポリマーで保護膜を一旦形成した後、マスキング、露光、および現像処理により、この保護膜の所定の部分を除去する処理を行い、所望とする保護膜を形成してもよい。あるいは、感光性以外の材質で保護膜を一旦形成し、この保護膜上に感光性レジストを塗布して感光性レジスト層を形成した後、マスキング、露光、および現像処理により、所望とする保護膜を得てもよい。
【０１１５】
【発明の効果】
本発明の半導体装置は、以上のように、複数の外部接続用の電極と、前記電極に接続される導電部と、前記電極と前記導電部とを接続するための開口部を有するとともに、前記導電部上に設けられた保護膜とを備え、前記保護膜は、絶縁性弾性体によって形成され、
前記電極及び当該電極に接続される導電部毎に独立して形成されているものである。
【０１１６】
それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することが可能となる。したがって、外部の回路基板への実装後の熱ストレスに対して、および、実装後の機械的な衝撃に対して、従来の半導体装置よりも実装時の信頼性を向上させることが可能な半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１１７】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記電極は、前記導電部側の第１電極部と、前記第１電極部に対して前記導電部と反対側の第２電極部とからなり、前記第１電極部は、前記開口部から前記保護膜上に広がった傘状の形状部を有し、前記傘状の形状部の表面が前記第２電極部との接合面となっているものである。
【０１１８】
それゆえ、第１電極部と第２電極部との接合面の面積を大きくすることができる。したがって、上記第１電極部と第２電極部との接合面に加わる応力を小さくすることができるという効果を奏する。
【０１１９】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記保護膜は、スクリーン印刷が可能な流動性の熱硬化型ペースト材を加熱することにより形成されるものである。
【０１２０】
それゆえ、簡単に、所望の形状の保護膜を形成することができるという効果を奏する。
【０１２１】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記保護膜の縦弾性係数は、２０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の範囲内であるものである。
【０１２２】
それゆえ、先端部を除いた電極の部分が歪み易くなる。したがって、先端部に作用している応力を軽減することが可能となるという効果を奏する。
【０１２３】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記保護膜は、シリコン変成型合成ゴムからなるものである。
【０１２４】
それゆえ、特殊な材料を用いることなく、上記保護膜を形成することができるという効果を奏する。
【０１２５】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体装置において、前記導電部と前記保護膜との間には、さらに、他の保護膜が備えられているものである。
【０１２６】
それゆえ、他の保護膜が設けられていない場合よりも、上記導電部をより一層保護することができるという効果を奏する。
【０１２７】
本発明の半導体装置の製造方法は、以上のように、前記保護膜を、前記電極及び当該電極に接続される導電部毎に独立して形成し、かつ、絶縁性弾性体で形成する保護膜形成工程を備える方法である。
【０１２８】
それゆえ、先端部に作用している応力を軽減することが可能となる。したがって、外部の回路基板への実装後の熱ストレスに対して、および、実装後の機械的な衝撃に対して、従来の半導体装置よりも実装時の信頼性を向上させることが可能な半導体装置の製造方法を提供することができるという効果を奏する。
【０１２９】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、上記の半導体装置の製造方法において、前記保護膜形成工程の前に、前記導電部を保護する他の保護膜を形成する工程を備えている方法である。
【０１３０】
それゆえ、上記の方法によれば、他の保護膜が設けられていない場合よりも、上記導電部をより一層保護することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、図２の半導体装置におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る、半導体チップの主面側から視た半導体装置の平面図である。
【図３】図３は、図１のＢ部の拡大図である。
【図４】図４（ａ）から図（ｐ）は、上記半導体装置の製造工程を示す説明図である。
【図５】図５は、上記半導体装置を外部の回路基板（実装基板）に実装した状態を示した断面図である。
【図６】図６は、図５のＣ部の拡大図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る、他の半導体装置の断面拡大図である。
【図８】図８は、一般的なウエハレベルＣＳＰのウエハ状態を示した説明図である。
【図９】図９は、半導体チップの主面側から視た従来の半導体装置の平面図である。
【図１０】図１０は、図９のＤ−Ｄ線矢視断面図である。
【図１１】図１１は、図１０のＥ部の拡大図である。
【図１２】図１２は、他の従来の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１・１’ 半導体装置
２ 電極端子（第２電極部、ハンダボール、外部接続用の電極）
３ 再配線（導電部）
４ 保護膜
４ａ 開口部
５ 絶縁膜
５ａ 開口部
６ キノコ状の金属部（第１電極部、外部接続用の電極）
６ａ 傘部分（傘状の形状部）
７ 基板
８ 電極パッド
９ シード層
１０・１１ 感光性レジスト層
１１ａ 開口部
１２ フラックス
１３ 保護膜（他の保護膜）
２０ 半導体チップ
３０ 外部の回路基板
３１ 金属ランド
５０・１１０ 半導体装置
５２・１２４ 電極端子
１０６ 電極
１０７ 絶縁体
Claims (8)
- 複数の外部接続用の電極と、
前記電極に接続される導電部と、
前記電極と前記導電部とを接続するための開口部を有するとともに、前記導電部上に設けられた保護膜とを備え、
前記保護膜は、
絶縁性弾性体によって形成され、
前記電極及び当該電極に接続される導電部毎に独立して形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記電極は、前記導電部側の第１電極部と、前記第１電極部に対して前記導電部と反対側の第２電極部とからなり、
前記第１電極部は、前記開口部から前記保護膜上に広がった傘状の形状部を有し、前記傘状の形状部の表面が前記第２電極部との接合面となっていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。 - 前記保護膜は、スクリーン印刷が可能な流動性の熱硬化型ペースト材を加熱することにより形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。
- 前記保護膜の縦弾性係数は、２０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の半導体装置。
- 前記保護膜は、シリコン変成型合成ゴムからなることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の半導体装置。
- 前記導電部と前記保護膜との間には、さらに、他の保護膜が備えられていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の半導体装置。
- 複数の外部接続用の電極と前記電極に接続される導電部とを接続するための開口部を有する絶縁性の保護膜であって、かつ、前記導電部上に設けられた絶縁性の保護膜を備えた半導体装置の製造方法において、
前記保護膜を、前記電極及び当該電極に接続される導電部毎に独立して形成し、かつ、絶縁性弾性体で形成する保護膜形成工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記保護膜形成工程の前に、前記導電部を保護する他の保護膜を形成する工程を備えていることを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
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