JP3925503B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

この発明は半導体装置に関する。
従来の半導体装置には、CSP(chip size package)と呼ばれるもので、上面に複数の接続パッドを有する半導体基板上に絶縁膜を介して配線を前記接続パッドに接続させて設け、配線の接続パッド部上に柱状電極を設け、配線を含む絶縁膜上に封止膜をその上面が柱状電極の上面と面一となるように設けたものがある(例えば、特許文献1参照)。
また、従来の他の半導体装置には、半導体基板のサイズ外にも外部接続用接続端子としての半田ボールを備えるため、上面に複数の接続パッドを有する半導体基板をベース板の上面に設け、半導体基板の周囲におけるベース板の上面に絶縁層を設け、半導体基板および絶縁層の上面に上層絶縁膜を設け、上層絶縁膜の上面に上層配線を半導体基板の接続パッドに接続させて設け、上層配線の接続パッド部を除く部分をオーバーコート膜で覆い、上層配線の接続パッド部上に半田ボールを設けたものがある(例えば、特許文献2参照)。
特開2000−22052号公報(図8) 特開2003−298005号公報
ところで、特許文献2に記載のものにおいて、ベース板の上面に、半導体基板の代わりに、特許文献1に記載の柱状電極を有する半導体装置(以下、便宜上、半導体構成体という)を設けることが考えられている。すなわち、柱状電極を有する半導体構成体をベース板の上面に設け、半導体構成体の周囲におけるベース板の上面に絶縁層を設け、半導体構成体および絶縁層の上面に上層絶縁膜を設け、上層絶縁膜の上面に上層配線を半導体構成体の柱状電極に接続させて設け、上層配線の接続パッド部を除く部分をオーバーコート膜で覆い、上層配線の接続パッド部上に半田ボールを設けることが考えられている。
ここで、現在の加工技術では、柱状電極の直径を120μm程度とした場合、柱状電極の配置ピッチの限界は200μm程度であり、上層配線の配線ピッチの限界は70μm程度(配線幅35μm程度、配線間隔35μm程度)である。この場合、配置ピッチ200μmで配置された直径120μmの柱状電極間の間隔は80μmであるため、この間隔に対応する上層絶縁膜の上面に配置することができる配線幅35μmの上層配線の本数は1本である。
この条件において、5mm×5mmの半導体基板上の周辺部に柱状電極を最大限に配置すると、図19に示すようになる。すなわち、半導体基板41の一辺の長さは5mmであるため、この一辺部に直径120μmの柱状電極42を配置ピッチ200μmで配置すると、その個数は、(5000÷200)−1=24個となり、四辺部では合計92個となる。
また、図20に示すように、四辺部に配置された92個の柱状電極42の各間における上層絶縁膜43の上面に上層配線44を1本ずつ配置することができるので、図19に示すように、四辺部に配置された92個の柱状電極42の内側に同数の92個の柱状電極42を配置することができる。この場合、四辺部に配置された92個の柱状電極42の内側に2列目として84個の柱状電4極2が配置され、その内側に3列目として8個の柱状電極42が配置されている。
以上のように、上記柱状電極配置構造の半導体装置では、四辺部に配置された92個の柱状電極42の内側に同数の92個の柱状電極42を配置することができるので、全体として184個の柱状電極42を配置することができるが、これが限界であり、それよりも多い個数の柱状電極42を配置することができない。
そこで、この発明は、より多い個数の柱状電極等からなる外部接続用電極を配置することができる半導体装置を提供することを目的とする。
この発明は、複数の柱状電極等からなる外部接続用電極を平面方形状の半導体基板の対角線に沿って複数列に配列したことを特徴とするものである。
この発明によれば、複数の柱状電極等からなる外部接続用電極を平面方形状の半導体基板の対角線に沿って複数列に配列すると、半導体基板上の四辺部に配置する場合と比較して、より多い個数の柱状電極等からなる外部接続用電極を配置することができる。
図1はこの発明の一実施形態としての半導体装置の要部の平面図を示し、図2は図1に示す半導体装置における半導体構成体の平面図を示し、図3は図1に示す半導体装置の適当な部分の縦断面図を示す。この場合、図示の都合上、図1および図2と図3とでは各部の寸法は一致していない。まず、図3を参照して説明すると、この半導体装置は、ガラス布基材エポキシ樹脂等からなる平面正方形状のベース板1を備えている。
ベース板1の上面中央部には、ベース板1のサイズよりもある程度小さいサイズの平面正方形状の半導体構成体2の下面がダイボンド材からなる接着層3を介して接着されている。この場合、半導体構成体2は、後述する配線11、柱状電極12、封止膜13を有しており、一般的にはCSPと呼ばれるものであり、特に、後述の如く、シリコンウエハ上に配線(下部配線)11、柱状電極12、封止膜13を形成した後、ダイシングにより個々の半導体構成体2を得る方法を採用しているため、特に、ウエハレベルCSP(W−CSP)とも言われている。以下に、半導体構成体2の構成について説明する。
半導体構成体2はシリコン基板(半導体基板)4を備えている。シリコン基板4の下面は接着層3を介してベース板1の上面に接着されている。シリコン基板4の上面には所定の機能の集積回路(図示せず)が設けられ、上面周辺部にはアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド5が集積回路に接続されて設けられている。接続パッド5の中央部を除くシリコン基板4の上面には酸化シリコン等からなる絶縁膜6が設けられ、接続パッド5の中央部は絶縁膜6に設けられた開口部7を介して露出されている。
絶縁膜6の上面にはエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなる保護膜(絶縁膜)8が設けられている。この場合、絶縁膜6の開口部7に対応する部分における保護膜8には開口部9が設けられている。保護膜8の上面には銅等からなる下地金属層10が設けられている。下地金属層10の上面全体には銅からなる配線11が設けられている。下地金属層10を含む配線11の一端部は、両開口部7、9を介して接続パッド5に接続されている。
配線11の接続パッド部上面には銅からなる柱状電極(外部接続用電極)12が設けられている。配線11を含む保護膜8の上面にはエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなる封止膜13がその上面が柱状電極12の上面と面一となるように設けられている。このように、W−CSPと呼ばれる半導体構成体2は、シリコン基板4、接続パッド5、絶縁膜6を含み、さらに、保護膜8、配線11、柱状電極12、封止膜13を含んで構成されている。
半導体構成体2の周囲におけるベース板1の上面には方形枠状の絶縁層14がその上面が半導体構成体2の上面とほぼ面一となるように設けられている。絶縁層14は、例えば、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいは、このような熱硬化性樹脂中にシリカフィラー等からなる補強材が混入されたものからなっている。
半導体構成体2および絶縁層14の上面には上層絶縁膜15がその上面を平坦とされて設けられている。上層絶縁膜15は、ビルドアップ基板に用いられる、通常、ビルドアップ材と言われるもので、例えば、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂中にシリカフィラー等からなる補強材が混入されたものからなっている。
柱状電極12の上面中央部に対応する部分における上層絶縁膜15には開口部16が設けられている。上層絶縁膜15の上面には銅等からなる上層下地金属層17が設けられている。上層下地金属層17の上面全体には銅からなる上層配線18が設けられている。上層下地金属層17を含む上層配線18の一端部は、上層絶縁膜15の開口部16を介して柱状電極12の上面に接続されている。
上層配線18を含む上層絶縁膜15の上面にはソルダーレジスト等からなるオーバーコート膜19が設けられている。上層配線18の接続パッド部に対応する部分におけるオーバーコート膜19には開口部20が設けられている。開口部20内およびその上方には半田ボール21が上層配線18の接続パッド部に接続されて設けられている。
ここで、現在の加工技術では、柱状電極12の直径を120μm程度とした場合、柱状電極12の配置ピッチの限界は200μm程度であり、上層配線18の配線ピッチの限界は70μm程度(配線幅35μm程度、配線間隔35μm程度)である。この場合、配置ピッチ200μmで配置された直径120μmの柱状電極12間の間隔は80μmであるため、この間隔に対応する上層絶縁膜15の上面に配置することができる配線幅35μmの上層配線18の本数は1本である。なお、上層絶縁膜15の開口部16の直径は95μm程度である。
この条件において、5mm×5mmのシリコン基板4上においてその2つの対角線の各両側にそれぞれ柱状電極12を一定の配置ピッチで2列ずつ最大限に配置(配列)すると、図2に示すようになる。すなわち、シリコン基板4の対角線4aの長さは約7mmであるため、この対角線4aから100μm(柱状電極12の配置ピッチ200μmの1/2)離れた第1の直線上および該第1の直線から200μm(柱状電極2の配置ピッチ)離れた第2の直線上に直径120μmの柱状電極12を配置ピッチ200μmで最大限に配置する。
すると、1本の第1の直線上に柱状電極12が32個配置され、4本の第1の直線上で合計124(32×4−4)個となり、1本の第2の直線上に柱状電極12が26個配置され、4本の第2の直線上で合計104(26×4)個となり、全体として228個となる。したがって、図19に示すように、半導体基板(シリコン基板)41上の四辺部に柱状電極42を配置する場合と比較して、より多い個数(228−184=44)の柱状電極12を配置することができる。
そして、図1に示すように、第1の直線上(対角線4a寄り)に配置された柱状電極12に接続された上層配線18は、基本的には、第2の直線上(対角線4a寄りに配置された柱状電極12よりも外側)に配置された柱状電極12間の間隔に対応する上層絶縁膜15の上面に1本ずつ配置されている。
この場合、第1の直線上に配置された柱状電極12と、その外側の第2の直線上に配置された柱状電極12とは、基本的には、対角線4aに対して垂直となる位置に配置されている。また、第1の直線上に配置された柱状電極12に接続された上層配線18は、基本的には、第2の直線上に配置された柱状電極12間において対角線4aに対して垂直となる直線部を有している。さらに、第1の直線上に配置された柱状電極12に接続された上層配線18および第2の直線上に配置された柱状電極12に接続された上層配線18は、基本的には、第2の直線上に配置された柱状電極12の外側において、シリコン基板4の各側辺に対して垂直に延出されている。
ところで、ベース板1のサイズを半導体構成体2のサイズよりもある程度大きくしているのは、シリコン基板4上の接続パッド7の数の増加に応じて、半田ボール21の配置領域を半導体構成体2のサイズよりもある程度大きくし、これにより、上層配線18の接続パッド部(オーバーコート膜19の開口部20内の部分)のサイズおよびピッチを柱状電極14のサイズおよびピッチよりも大きくするためである。この場合、図1に示すように、半導体構成体2に対応する領域上の全域に上層配線18を配置しているため、図3に示すように、半田ボール21は、半導体構成体2の周囲におけるベース板1の上面に設けられた絶縁層14に対応する領域上のみに配置されている。
次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明するに、まず、半導体構成体2の製造方法の一例について説明する。この場合、まず、図4に示すように、ウエハ状態のシリコン基板(半導体基板)4上にアルミニウム系金属等からなる接続パッド5、酸化シリコン等からなる絶縁膜6およびエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなる保護膜8が設けられ、接続パッド5の中央部が絶縁膜6および保護膜8に形成された開口部7、9を介して露出されたものを用意する。上記において、ウエハ状態のシリコン基板4には、各半導体構成体が形成される領域に所定の機能の集積回路が形成され、接続パッド5は、それぞれ、対応する領域に形成された集積回路に電気的に接続されている。
次に、図5に示すように、両開口部7、9を介して露出された接続パッド5の上面を含む保護膜8の上面全体に下地金属層10を形成する。この場合、下地金属層10は、無電解メッキにより形成された銅層のみであってもよく、またスパッタにより形成された銅層のみであってもよく、さらにスパッタにより形成されたチタン等の薄膜層上にスパッタにより銅層を形成したものであってもよい。
次に、下地金属層10の上面にメッキレジスト膜31をパターン形成する。この場合、配線11形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜31には開口部32が形成されている。次に、下地金属層10をメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜31の開口部32内の下地金属層10の上面に配線11を形成する。次に、メッキレジスト膜31を剥離する。
次に、図6に示すように、配線11を含む下地金属層10の上面にメッキレジスト膜33をパターン形成する。この場合、柱状電極12形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜33には開口部34が形成されている。次に、下地金属層10をメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜33の開口部34内の配線11の接続パッド部上面に柱状電極12を形成する。次に、メッキレジスト膜33を剥離し、次いで、配線11をマスクとして下地金属層10の不要な部分をエッチングして除去すると、図7に示すように、配線11下にのみ下地金属層10が残存される。
次に、図8に示すように、スクリーン印刷法、スピンコーティング法、ダイコート法等により、柱状電極12および配線11を含む保護膜8の上面全体にエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなる封止膜13をその厚さが柱状電極12の高さよりも厚くなるように形成する。したがって、この状態では、柱状電極12の上面は封止膜13によって覆われている。
次に、封止膜13および柱状電極12の上面側を適宜に研磨し、図9に示すように、柱状電極12の上面を露出させ、且つ、この露出された柱状電極12の上面を含む封止膜13の上面を平坦化する。ここで、柱状電極12の上面側を適宜に研磨するのは、電解メッキにより形成される柱状電極12の高さにばらつきがあるため、このばらつきを解消して、柱状電極12の高さを均一にするためである。
次に、図10に示すように、シリコン基板4の下面全体に接着層3を接着する。接着層3は、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等のダイボンド材からなるものであり、加熱加圧により、半硬化した状態でシリコン基板4に固着する。次に、シリコン基板4に固着された接着層3をダイシングテープ(図示せず)に貼り付け、図11に示すダイシング工程を経た後に、ダイシングテープから剥がすと、図3に示すように、シリコン基板4の下面に接着層3を有する半導体構成体2が複数個得られる。
このようにして得られた半導体構成体2では、シリコン基板4の下面に接着層3を有するため、ダイシング工程後に各半導体構成体2のシリコン基板4の下面にそれぞれ接着層を設けるといった極めて面倒な作業が不要となる。なお、ダイシング工程後にダイシングテープから剥がす作業は、ダイシング工程後に各半導体構成体2のシリコン基板4の下面にそれぞれ接着層を設ける作業に比べれば、極めて簡単である。
次に、このようにして得られた半導体構成体2を用いて、図3に示す半導体装置を製造する場合の一例について説明する。まず、図12に示すように、図3に示す完成された半導体装置を複数個形成することが可能な面積を有するベース板1を用意する。ベース板1は、限定する意味ではないが、例えば、平面方形状である。次に、ベース板1の上面の所定の複数箇所にそれぞれ半導体構成体2のシリコン基板4の下面に接着された接着層3を接着する。ここでの接着は、加熱加圧により、接着層3を本硬化させる。
次に、図13に示すように、半導体構成体2の周囲におけるベース板1の上面に、例えばスクリーン印刷法やスピンコーティング法等により、絶縁層形成用層14aを形成する。絶縁層形成用層14aは、例えば、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいは、このような熱硬化性樹脂中にシリカフィラー等からなる補強材が混入されたものである。
次に、半導体構成体2および絶縁層形成用層14aの上面に上層絶縁膜形成用シート15aを配置する。上層絶縁膜形成用シート15aは、限定する意味ではないが、シート状のビルドアップ材が好ましく、このビルドアップ材としては、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂中にシリカフィラーを混入させ、熱硬化性樹脂を半硬化状態にしたものがある。なお、上層絶縁膜形成用シート15aとして、ガラス繊維にエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させ、熱硬化性樹脂を半硬化状態にしてシート状となしたプリプレグ材、または、シリカフィラーが混入されない、熱硬化性樹脂のみからなるシート状のものを用いるようにしてもよい。
次に、図14に示すように、一対の加熱加圧板35、36を用いて上下から絶縁層形成用層14aおよび上層絶縁膜形成用シート15aを加熱加圧する。すると、半導体構成体2の周囲におけるベース板1の上面に絶縁層14が形成され、半導体構成体2および絶縁層14の上面に上層絶縁膜15が形成される。この場合、上層絶縁膜15の上面は、上側の加熱加圧板35の下面によって押さえ付けられるため、平坦面となる。したがって、上層絶縁膜15の上面を平坦化するための研磨工程は不要である。
次に、図15に示すように、レーザビームを照射するレーザ加工により、柱状電極12の上面中央部に対応する部分における上層絶縁膜15に開口部16を形成する。次に、必要に応じて、開口部16内等に発生したエポキシスミア等をデスミア処理により除去する。次に、図16に示すように、開口部16を介して露出された柱状電極12の上面を含む上層絶縁膜15の上面全体、銅の無電解メッキにより、上層下地金属層17を形成する。次に、上層下地金属層17の上面にメッキレジスト膜37をパターン形成する。この場合、上層配線18形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜37には開口部38が形成されている。
次に、上層下地金属層18をメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜37の開口部38内の上層下地金属層17の上面に上層配線18を形成する。次に、メッキレジスト膜37を剥離し、次いで、上層配線18をマスクとして上層下地金属層17の不要な部分をエッチングして除去すると、図17に示すように、上層配線18下にのみ上層下地金属層17が残存される。
次に、図18に示すように、スクリーン印刷法等により、上層配線18を含む上層絶縁膜15の上面全体にソルダーレジスト等からなるオーバーコート膜19を形成する。この場合、上層配線18の接続パッド部に対応する部分におけるオーバーコート膜19には開口部20が形成されている。次に、開口部20内およびその上方に半田ボール21を上層配線18の接続パッド部に接続させて形成する。次に、互いに隣接する半導体構成体2間において、オーバーコート膜19、上層絶縁膜15、絶縁層14およびベース板1を切断すると、図3に示す半導体装置が複数個得られる。
以上のように、上記製造方法では、ベース板1上に複数の半導体構成体2を配置し、複数の半導体構成体2に対して、上層配線18および半田ボール21の形成を一括して行い、その後に分断して複数個の半導体装置を得ているので、製造工程を簡略化することができる。また、図14に示す製造工程以降では、ベース板1と共に複数の半導体構成体2を搬送することができるので、これによっても製造工程を簡略化することができる。
(その他の実施形態)
上記実施形態では、半導体構成体2として、外部接続用電極としての柱状電極12を有するものとしたが、これに限らず、柱状電極12および封止膜13を有せず、配線11の接続パッド部以外を覆うソルダーレジスト等からなるオーバーコート膜を有し、配線11の接続パッド部上およびその近傍のオーバーコート膜上に外部接続用電極としての下地金属層を含む上層接続パッドが設けられたものであってもよい。また、半導体構成体2のシリコン基板4およびベース板1は長方形状であってもよい。
この発明の一実施形態としての半導体装置の要部の平面図。 図1に示す半導体装置における半導体構成体の平面図。 図1に示す半導体装置の適当な部分の縦断面図。 図3に示す半導体構成体の製造に際し、当初用意したものの断面図。 図4に続く工程の断面図。 図5に続く工程の断面図。 図6に続く工程の断面図。 図7に続く工程の断面図。 図8に続く工程の断面図。 図8に続く工程の断面図。 図10に続く工程の断面図。 図11に続く工程の断面図。 図12に続く工程の断面図。 図13に続く工程の断面図。 図13に続く工程の断面図。 図15に続く工程の断面図。 図16に続く工程の断面図。 図17に続く工程の断面図。 背景技術を説明するための図2同様の平面図。 背景技術を説明するための図1同様の平面図。
符号の説明
1 ベース板
2 半導体構成体
3 接着層
4 シリコン基板
5 接続パッド
6 絶縁膜
8 保護膜
11 配線
12 柱状電極
13 封止膜
14 絶縁層
15 上層絶縁膜
18 上層配線
19 上層オーバーコート膜
21 半田ボール

Claims (15)

  1. 上面に複数の接続パッドが設けられた平面方形状の半導体基板と、前記半導体基板上において前記接続パッドを除く部分に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に前記接続パッドに接続されて設けられた複数の外部接続用電極とを備えた半導体装置において、前記各外部接続用電極は前記半導体基板の対角線に沿って複数列に配列され、対角線寄りに配列された前記各外部接続用電極には、前記対角線寄りに配列された外部接続用電極よりも外側に配列された前記外部接続用電極間に形成された配線が接続されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1に記載の発明において、前記対角線寄りに配列された外部接続用電極と、その外側に配列された外部接続用電極とは、前記対角線に対して垂直となる位置に配列されていることを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項1に記載の発明において、前記対角線寄りに配列された外部接続用電極よりも外側に配列された前記外部接続用電極間に形成された配線は、前記対角線に対して垂直な直線部を有することを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項1に記載の発明において、前記対角線寄りに配列された外部接続用電極に接続された配線および前記対角線寄りに配列された外部接続用電極よりも外側に配列された前記外部接続用電極に接続された配線は、前記対角線寄りに配列された外部接続用電極よりも外側に配列された前記外部接続用電極の外側において、前記半導体基板の各側辺に対して垂直に延出されていることを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項1に記載の発明において、前記複数の外部接続用電極は、前記半導体基板上においてその2つの対角線の各両側にそれぞれ一定の配置ピッチで2列ずつ最大限に配置されていることを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項1に記載の発明において、前記半導体基板は平面正方形状であることを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項1に記載の発明において、前記外部接続用電極は、前記絶縁膜上に前記接続パッドに接続されて設けられた下部配線の接続パッド部上に設けられた柱状電極であることを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項1に記載の発明において、前記外部接続用電極は、前記絶縁膜上に前記接続パッドに接続されて設けられた下部配線の接続パッド部上に設けられた上層接続パッドであることを特徴とする半導体装置。
  9. ベース板と、前記ベース板上に設けられ、且つ、平面方形状の半導体基板および該半導体基板上に設けられた複数の外部接続用電極を有する半導体構成体と、前記半導体構成体の周囲における前記ベース板上に設けられた絶縁層と、前記半導体構成体および前記絶縁層上に前記半導体構成体の外部接続用電極に接続されて設けられた配線とを備えた半導体装置において、前記各外部接続用電極は前記半導体基板の対角線に沿って複数列に配列され、対角線寄りに配列された前記各外部接続用電極には、前記対角線寄りに配列された外部接続用電極よりも外側に配列された前記外部接続用電極間に形成された配線が接続されていることを特徴とする半導体装置。
  10. 請求項9に記載の発明において、前記複数の外部接続用電極は、前記半導体基板上においてその2つの対角線の各両側にそれぞれ一定の配置ピッチで2列ずつ最大限に配置されていることを特徴とする半導体装置。
  11. 請求項9に記載の発明において、前記配線のうち、前記対角線側に配置された前記外部接続用電極に接続された配線は、前記対角線側とは反対側に配置された前記外部接続用電極間において前記対角線に対して垂直となるように配置されていることを特徴とする半導体装置。
  12. 請求項9に記載の発明において、前記ベース板および前記半導体基板は平面正方形状であることを特徴とする半導体装置。
  13. 請求項9に記載の発明において、前記配線の接続パッド部以外を覆うオーバーコート膜を有することを特徴とする半導体装置。
  14. 請求項13に記載の発明において、前記配線の接続パッド部上に半田ボールが設けられていることを特徴とする半導体装置。
  15. 請求項14に記載の発明において、前記半田ボールは前記絶縁層に対応する領域上のみに配置されていることを特徴とする半導体装置。
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