JP4045261B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、チップサイズパッケージ（以下、ＣＳＰ: chip size (scale) packageと称す）構造の半導体装置に関するものである
近年、電子機器の小型化の要求に伴い、半導体装置の小型化・高密度化が図られている。このため、半導体装置の形状を半導体素子（チップ）に極力近づけ、そのサイズを小さくした、ＣＳＰ構造の半導体装置が提案されている。
ＣＳＰ構造の半導体装置では、外部接続端子の配列密度を高める必要があり、そのため、この外部接続端子として電極パッドに電気的に接続され、チップ面から垂直に伸びる柱状の端子（この柱状の端子は、以下、突起電極として説明するが、この端子は柱状電極、ポスト電極とも称されている。）を用いている。
図４にこの種の半導体装置の一般的構造を示す。同図において、４０１は集積回路が形成された半導体基板、４０２は電極パッド、５０３はパッシベーション膜、４０４はパッシベーション膜４０３と同様の電気絶縁性を有する絶縁膜、４０６は突起電極、４０５は電極パッド４０２と突起電極４０６との間の配線、４０７は封止樹脂層、４０８は外部との接続用の半田からなる外部端子である。
絶縁膜４０４の材料としては、外部端子４０８及び突起電極４０６にかかる応力を緩和し、パッシベーション膜４０３及び電極パッド４０２を含む半導体集積回路にクラックが発生しないようにするため、比較的弾性の高い例えばポリイミドが用いられ、その厚さは０．００５〜０．０１ｍｍ程度である。
また、電極パッド４０２にかかる応力を小さくするため、上から見たときに突起電極４０６の外縁が絶縁膜４０４の開口部（電極パッド４０２直上の絶縁膜４０４が存在しない部分）と重ならない位置に形成されるようなレイアウト設計を行う。絶縁膜４０４の開口部の寸法は直径０．０２〜０．０６ｍｍ程度、突起電極５０６の寸法は直径０．１５〜０．４ｍｍ程度である。この種の半導体装置は、例えば特許文献１に記載されている。
特開２００２−９３９４５号公報
上記構造により、突起電極４０６に応力が加えられても該応力は絶縁膜４０４により十分に緩和され、電極パッド４０２、パッシベーション膜４０３及び集積回路をクラックの発生から保護することができる。しかし、上記構造においても、突起電極４０６の下部にせん断応力が加わり、各部位に横ずれが生じると、抗張力の限界以上の力が加えられた部位、例えば、電極パッド、パッシベーション膜、あるいはその下部の集積回路の配線が破断する場合があった。
本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、ＣＳＰ構造の半導体装置を、突起電極に加わる応力及び突起電極の下部に加わるせん断応力の両方から保護することを目的とする。
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その代表的なものは以下の通りである。すなわち、本発明の半導体装置は、主表面を有する半導体基板と、前記主表面上に形成された電極パッドと、前記電極パッドの表面の一部を露出する開口部を有し、前記主表面上を覆うパッシベーション膜と、前記パッシベーション膜上に設けられた絶縁膜と、周縁及び前記周縁に囲まれた中央部を有し、前記絶縁膜上に配置された柱状電極であって、前記電極パッドに電気的に接続された柱状電極と、前記柱状電極の先端が露出するように前記柱状電極の側面及び前記絶縁膜上を覆う封止樹脂とを有する半導体装置であって、前記柱状電極の前記周縁の直下に位置する前記絶縁膜の厚さは、前記柱状電極の前記中心部の直下に位置する前記絶縁膜の厚さ及び前記柱状電極が配置されていない領域に位置する前記絶縁膜の厚さよりも厚く形成されていることを特徴とする半導体装置である。
本発明によれば、ＣＳＰ構造の半導体装置を、突起電極に加わる応力及び突起電極の下部に加わるせん断応力の両方から保護することができる。
以下、実施例を挙げ、説明する。
図１（ａ）に本発明の第１の実施例に係るＣＳＰ構造の半導体装置の断面構造を示す。同図において、１０１は集積回路が形成された半導体基板、１０２は電極パッド、１０３はパッシベーション膜、１０４は絶縁膜、１０６は突起電極、１０５は電極パッド１０２と突起電極１０６との間の配線、１０７は封止樹脂層、１０８は該半導体装置を基板に電気的に接続するための半田からなる外部端子である。
図１（ｂ）に図１（ａ）と直角な方向から見た断面構造を示す。また、図１（ｃ）に該構造の上面図を示す。これらの図に示したように、本実施例は突起電極１０６を支持する絶縁膜１０４に、該突起電極の底部の周縁に沿って伸びるスリット状の開口を形成したことを特徴とする。
突起電極１０６の周縁部には応力が集中するが、絶縁膜１０４には突起電極１０６の周縁部（外縁）に沿うスリットが形成されているので、周縁部に応力が生じたときには、ポリイミド等の比較的弾性の高い材料からなる絶縁膜１０４のスリットで囲まれた内側の部分は容易に弾性変形し、突起電極１０６の周縁部に集中した応力が緩和され、その下部にあるパッシベーション膜１０３、ボンディングパッド１０２、及び集積回路部分をクラックの発生から保護することができる。また、封止樹脂層１０７が突起電極１０６の先端の高さまで形成されていることから突起電極１０６の先端部分の動きが抑制されるのに対し、その根元部分は上に説明したように比較的動きやすくなっているので、応力緩和の効果はより大きくなる。
尚、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、配線１０５は絶縁膜１０４のスリットの形成されていない部分を経由して電極パッド１０２まで引き出されるが、スリットを突起電極１０６の全周に沿って形成し、配線１０５をスリットの底面を経由して電極パッド１０２まで引き出すようにしてもよい。尚、スリットはパッシベーション膜１０３が露出しない深さに形成してもよい。
また、突起電極１０６の周縁からスリットまでの距離が長いと、絶縁膜１０４の弾性変形による応力緩和の効果が小さくなるので、半導体装置の製造の際の位置合わせ精度は上記距離を１０μｍ以内にできる程度のものとすることが好ましい。
図２に本発明の第２の実施例に係るＣＳＰ構造の半導体装置の断面構造を示す。同図において、２０１は集積回路が形成された半導体基板、２０２は電極パッド、２０３はパッシベーション膜、２０４は絶縁膜、２０６は突起電極、２０５は電極パッド２０２と突起電極２０６との間の配線、２０７は封止樹脂層、２０８は該半導体装置を基板に電気的に接続するための半田からなる外部端子である。
本実施例は、第１の実施例の変形例であり、絶縁膜２０４のスリット状の開口の外側にある部分を除去した構造となっている。本実施例においても、突起電極２０６の周縁部に応力が生じたときには、絶縁膜２０４の該突起電極２０６を支持する部分は容易に弾性変形し、突起電極２０６の周縁部に集中した応力が緩和され、その下部にあるパッシベーション膜２０３、電極パッド２０２、及び集積回路部分をクラックの発生から保護することができる。また、第１の実施例と同様、封止樹脂層２０７が突起電極２０６の先端の高さまで形成されていることから突起電極２０６の先端部分の動きが抑制されるのに対し、その根元部分は上に説明したように比較的動きやすくなっているので、応力緩和の効果はより大きくなる。
図３に本発明の第３の実施例に係るＣＳＰ構造の半導体装置の断面構造を示す。同図において、３０１は集積回路が形成された半導体基板、３０２は電極パッド、３０３はパッシベーション膜、３０４は絶縁膜、３０６は突起電極、３０５は電極パッド３０２と突起電極３０６との間の配線、３０７は封止樹脂層、３０８は該半導体装置を基板に電気的に接続するための半田からなる外部端子である。
本実施例は、絶縁膜３０４の厚さを、突起電極３０６の周縁部の直下及びその近傍の部分で他よりも厚くした点を特徴とする。本実施例の構造では、突起電極３０６の周縁部に生じた応力は、絶縁膜３０４の凸部（肉厚部）の弾性変形とその厚みとの相乗効果により十分に緩和され、その下部にあるパッシベーション膜３０３、電極パッド３０２、及び集積回路部分をクラックの発生から保護することができる。また、第１及び第２の実施例と同様、封止樹脂層３０７が突起電極３０６の先端の高さまで形成されていることから突起電極３０６の先端部分の動きが抑制されるのに対し、その根元部分は上に説明したように比較的動きやすくなっているので、応力緩和の効果はより大きくなる。
以上説明した本発明の第１から第３の実施例のいずれによっても、ＣＳＰ構造の半導体装置を、基板への実装の際に突起電極に加わる応力に起因するクラックの発生から保護することが可能であり、且つ、基板への実装前にせん断応力が加えられた場合にもクラックの発生から保護することが可能である。
第１及び第２の実施例は絶縁膜の形成が容易であり、低コストで製造できる。第３の実施例は、突起電極の周縁部の応力集中を凸部の厚さとその弾性変形の両方の効果で緩和できるのでより優れた保護効果が得られる。
尚、本発明が適用されるＣＳＰ構造は、単体ＰＫＧレベルで形成されるものであってもよく、また、ウエハレベルで形成されるものであってもよい。また、柱状電極としては銅などの金属材料で形成することが一般的であるが、導電性高分子材料で形成してもよい。また、突起電極を不導体樹脂表面に導体材料を被覆した構造のものとしてもよい。
本発明の第１の実施形態に係るＣＳＰ構造の半導体装置の構造を示す断面図及び上面図である。 本発明の第２の実施形態に係るＣＳＰ構造の半導体装置の構造を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るＣＳＰ構造の半導体装置の構造を示す断面図である。 従来のＣＳＰ構造の半導体装置の構造を示す断面図である。
符号の説明
１０１，２０１，３０１,４０１ 半導体基板、 １０２，２０２，３０２，４０２ ボンディングパッド、 １０３，２０３，３０３，４０３ パッシベーション膜、 １０４，２０４，３０４，４０４ 絶縁膜、 １０５，２０５，３０５，４０５ 配線、 １０６，２０６，３０６，４０６ 柱状電極、 １０８，２０８，３０８，４０８ 外部端子。

Claims (1)

  1. 主表面を有する半導体基板と、
    前記主表面上に形成された電極パッドと、
    前記電極パッドの表面の一部を露出する開口部を有し、前記主表面上を覆うパッシベーション膜と、
    前記パッシベーション膜上に設けられた絶縁膜と、
    周縁及び前記周縁に囲まれた中央部を有し、前記絶縁膜上に配置された柱状電極であって、前記電極パッドに電気的に接続された柱状電極と、
    前記柱状電極の先端が露出するように前記柱状電極の側面及び前記絶縁膜上を覆う封止樹脂とを有する半導体装置であって、
    前記柱状電極の前記周縁の直下に位置する前記絶縁膜の厚さは、前記柱状電極の前記中心部の直下に位置する前記絶縁膜の厚さ及び前記柱状電極が配置されていない領域に位置する前記絶縁膜の厚さよりも厚く形成されていることを特徴とする半導体装置。
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