JP5226639B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。

ＣＳＰ（Chip Size Package）といわれる半導体装置を製造する方法として、例えば、次のような製造方法が知られている。半導体ウエハの各半導体形成領域に形成された集積回路に接続される柱状の外部接続用電極の周囲に封止膜を形成する。封止膜は、いったん、外部接続用電極に上面を覆って半導体基板上の全面に塗布される。そして、封止膜の上部を研削して柱状の外部接続用電極の上面を露出する。露出された外部接続用電極の上面に半田ボールを搭載しリフロー処理により外部接続用電極に接合する。

上記の方法における封止膜を研削する工程において、外部接続用電極の上面にダレが生じ、このダレのために、外部接続用電極の上面に形成する半田ボールの形状が変形し、回路基板等の外部電子機器の端子との接合強度が不足することがある。この対応として、外部接続用電極の上面に生じたダレを除去する方法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１６８１２８号公報

上記において、外部接続用電極の上面に生じたダレを除去する方法としては、効率の面から、通常、ウエットエッチングによる方法が採用される。このダレ除去のためのウエットエッチングでは、外部接続用電極の上部を除去する。この際、ダレの除去を確実にするため、外部接続用電極の上部が封止膜の上面より明確に低くなるように行う。このため、封止膜の上面と外部接続用電極の上面との間に段差部が生じる。
この後、外部接続用電極上に半田ボールを形成する工程を行うのであるが、上記のような製造方法による場合には、例えば温度サイクル試験などの信頼性試験に於いて半田ボールに亀裂が生じ、あるいはさらに進展して破断が生じることがあった。

本発明者が分析をしたところ、半田ボールに生じる亀裂または破断は、封止膜の上面と外部接続用電極の上面との間の段差部に集中していることが確認された。つまり、従来の半導体装置の構造およびその製造方法では、封止膜の上面と外部接続用電極の上部との間の段差部における封止膜の角部によって外部接続用電極に集中応力が生じ、外部接続用電極に亀裂または破断が生じるという課題がある。

請求項１に記載の発明に係る半導体装置は、接続パッドを有する半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、前記接続パッドの一部を露出する開口部を有する絶縁膜と、前記接続パッドに電気的に接続された外部接続用電極と、前記外部接続用電極の外周側面の周囲における前記絶縁膜上に形成され、前記外部接続用電極の上面よりも高い位置に上面を有し、前記外部接続用電極の上面を露出する開口部を有する封止膜と、前記外部接続用電極の上面の中央部を露出する開口部を有し、少なくとも前記外部接続用電極の上面の周縁部およびその周囲の前記封止膜を覆う緩衝層と、前記緩衝層と前記封止膜との間に設けられた接着剤層と、を具備することを特徴とする。
請求項２に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１に記載の半導体装置において、前記緩衝層の開口部から露出された前記外部接続用電極の上面の中央部上に接合された半田ボールを更に具備することを特徴とする。
請求項３に記載の発明に係る半導体装置は、請求項２に記載の半導体装置において、前記半田ボールは前記外部接続用電極の中央部から、前記外部接続用電極の外周と前記封止膜との境界面よりも外側の領域の前記緩衝層上に亘って形成されていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記緩衝層は、前記封止膜の角部から外部接続用電極の上面の周縁部に亘り、下降する傾斜面を有し、前記緩衝槽の傾斜面と前記外部接続用電極の上面との成す角は鋭角であることを特徴とする。
請求項５に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記絶縁膜上に前記接続パッドに接続された配線が形成され、前記外部接続用電極は前記配線上に形成されていることを特徴とする。
請求項６に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記緩衝層の開口部から露出された前記外部接続用電極の上面の中央部上にフラックス層または表面処理層が形成されていることを特徴とする。
請求項７に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記緩衝層はポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂またはＰＢＯ系樹脂のいずれかにより形成されていることを特徴とする。
請求項８に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記封止膜はシリカのフィラーが含まれた、エポキシ樹脂またはポリイミド系樹脂のいずれかにより形成されていることを特徴とする。
請求項９に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、外部接続用電極と、前記外部接続用電極の外周側面の周囲における前記半導体基板上に形成され、前記外部接続用電極の上面よりも高い位置に上面を有し、前記外部接続用電極の上面を露出する開口部を有する封止膜が形成された半導体基板組立体を準備する工程と、前記封止膜上に接着剤層を形成する工程と、少なくとも前記外部接続用電極の上面の周縁部およびその周囲の前記接着剤層上に形成され、前記外部接続用電極の上面の中央部を露出する開口部を有する緩衝層を形成する工程と、を具備することを特徴とする。
請求項１０に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、さらに、前記外部接続用電極の上面に接合され、前記緩衝層の少なくとも前記外部接続用電極の上面の外周部に密着した半田ボールを形成する工程を具備することを特徴とする。
請求項１１に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項９又は１０に記載の半導体装置の製造方法において、前記緩衝層を形成する工程は、スピンコーティング法、スキャン塗布法またはインジェット塗布法により前記封止膜の上面および前記外部接続用電極の上面の全体に前記緩衝層を形成し、その後、前記緩衝層に、前記外部接続用電極の上面の中央部を露出する開口部を形成する工程を含むことを特徴とする。
請求項１２に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、前記緩衝層は、前記封止膜の角部から外部接続用電極の上面の周縁部に亘り、下降する傾斜面を有し、前記緩衝槽の傾斜面と前記外部接続用電極の上面との成す角は鋭角であることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、前記緩衝層を形成する工程の後、前記半田ボールを形成する工程の前に、前記外部接続用電極の中央部にフラックス層または表面処理層を形成する工程を含むことを特徴とする。
請求項１４に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、前記半田ボールを形成する工程は、前記外部接続用電極の上面の中央部上に形成された前記フラックス層上または前記表面処理層上に半田ボールを搭載する工程と、前記半田ボールが搭載された半導体基板組立体をリフロー処理して前記半田ボールを前記緩衝層の開口部周縁部に密着する工程とを含むことを特徴とする。
請求項１５に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、接続パッドを有する半導体基板を準備する工程と、前記半導体基板上に前記接続パッドを露出する開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に、前記接続パッドに接続された配線を形成する工程と、前記配線に接続された外部接続用電極を前記配線上に形成する工程と、前記外部接続用電極の上面を露出させるようにして前記外部接続用電極の外周側面の周囲における前記絶縁膜上に封止膜を形成し、前記外部接続用電極の上面を前記外部接続用電極の上面よりも低くする工程と、前記封止膜上に接着剤層を形成する工程と、前記接着剤層上および前記外部接続用電極の上面上に緩衝層を形成する工程と、前記緩衝層における前記外部接続用電極の上面の中央部に対応する領域を除去する工程と、を具備することを特徴とする。
請求項１６に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項１５に記載の半導体装置の製造方法において、さらに、前記外部接続用電極の上面の中央部にフラックスを被着する工程と、前記フラックス上に半田ボールを搭載する工程と、前記外部接続用電極の上面の中央部に半田ボールが搭載された半導体基板をリフロー処理して、前記半田ボールを、少なくとも前記外部接続用電極の上面の周縁部上に形成された前記緩衝層の部分に密着する工程とを具備することを特徴とする。

この発明によれば、外部接続用電極の上面の周縁部およびその周囲の封止膜を覆う緩衝層を設けたことにより、構造端部に於いて集中的に半田ボールに亀裂または破断が生じるのを防止することができ、信頼性の高い構造を提供することができる。

この発明の半導体装置の一例としての実施形態１に関する拡大断面図。 図１に図示された半導体装置を得る前の半導体ウエハの平面図。 図２の領域Ａの拡大平面図。 実施形態１の製造方法に関し、最初の工程を説明するための拡大断面図。 図４に続く工程を説明するための拡大断面図。 図５に続く工程を説明するための拡大断面図。 図６に続く工程を説明するための拡大断面図。 図７に続く工程を説明するための拡大断面図。 図８に続く工程を説明するための拡大断面図。 図９に続く工程を説明するための拡大断面図。 図１０に続く工程を説明するための拡大断面図。 図１１に続く工程を説明するための拡大断面図。 図１２に続く工程を説明するための拡大断面図。 図１３に続く工程を説明するための拡大断面図。 この発明の半導体装置の実施形態２に関する拡大断面図。 この発明の半導体装置の実施形態３に関する拡大断面図。

（実施形態１）
以下、この発明の半導体装置について説明をする。
図１はこの発明の実施形態１に関する半導体装置１０の拡大断面図を示す。図２は、ダイシングによって半導体装置１０を得る前の半導体ウエハ１の平面図を示す。半導体装置１０は、半導体ウエハ１上に行方向および列方向に、マトリクス状に配列されて形成される。半導体装置１０は、後述する最終工程、すなわち、半田ボールを形成した後、半導体ウエハ１をダイシングライン２で切断することにより、同時に多数個が得られる。

図３は、図２に二点鎖線で図示された半導体装置形成領域Ａ、すなわち、一対の行方向のダイシングライン２と一対の列方向のダイシングライン２により囲まれた領域内の拡大平面図を示す。
半導体装置形成領域Ａ内には、四つの側辺の各側辺に沿って接続パッド３が配列され、接続パッド３が配列された領域の内側には多数の外部接続用電極２０が配列されている。外部接続用電極２０は、通常は、半導体装置形成領域Ａの周側辺から中心に向かう環状に配列されるが、これとは異なるように配列されることもある。

各外部接続用電極２０と接続パッド３とは配線１５により接続されている。図示はしないが、各配線１５の外部接続用電極２０に対応する部分には、外部接続用電極２０の直径とほぼ同一サイズか、僅かに大きいサイズのパッド部が形成されており、各外部接続用電極２０は、配線１５のパッド部上に形成される。
以下、図１を参照して半導体装置１０の詳細について説明をするが、図面の明確化のため、図１においては、半導体装置形成領域Ａ内の各側辺近傍にそれぞれ１個の外部接続用電極２０が形成されているものとして説明する。

半導体装置１０は、例えば、シリコン基板などの半導体基板１１を有する。半導体基板１１の主面（上面）側には、集積回路１１ａが形成されている。半導体基板１１の主面上には、集積回路１１ａに接続された複数の接続パッド３が形成されている。接続パッド３は、例えば、アルミニウム系金属で形成されている。また、半導体基板１１の主面上には、接続パッド３の中央部を露出する開口部４ａを有する第１の絶縁膜４が形成されている。第1の絶縁膜４は、酸化シリコン、窒化シリコンなどの無機材料で形成されており、その側面は、半導体基板１１の側面から少し引っ込んだ位置にある。

第１の絶縁膜４上に、第２の絶縁膜１２が形成されている。第２の絶縁膜１２は、ポリイミド系樹脂、ＰＢＯ（Poly-Phenylene-Benzobisoxazole；ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）系樹脂等の有機樹脂材料によって形成されている。第２の絶縁膜１２にも、接続パッド３の中央部を露出する開口部１２ａが形成されている。第２の絶縁膜１２の開口部１２ａは、第１の絶縁膜４の開口部４ａより小さいサイズに形成され、第１の絶縁膜４の開口部４ａ近傍を覆っている。但し、第２の絶縁膜１２の開口部１２ａは、第１の絶縁膜４の開口部４ａより大きくするか、または同一寸法とすることもできる。第２の絶縁膜１２の側面は、第１の絶縁膜４の側面と同一の位置にあり、第１の絶縁膜４の側面と共に半導体基板１１の側面から少し引っ込んでいる。

第２の絶縁膜１２上には、一端側が第２の絶縁膜１２の開口部１２ａを介して接続パッド３に接続された配線１５が形成されている。配線１５は、第１の配線１３と第１の配線１３上に形成された第２の配線１４の二層構造を有する。
第１の配線１３および第２の配線１４は、銅系金属により形成することができる。配線１５は、二層構造に限らず、三層以上の積層構造とすることもできる。その場合には、例えば、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）またはチタンとタングステンの合金などからなる金属層を１層以上介在させる。

配線１５のパッド部（図示せず）上には外部接続用電極２０が形成されている。外部接続用電極２０は平坦な上面２０ａを有し、例えば、直径４０〜５００μｍ、高さ４０〜８０μｍの円柱形状を有し、例えば、銅系金属で形成されている。
第２の絶縁膜１２上における外部接続用電極２０の外周側面の周囲領域には、
シリコン酸化物の球状物であるシリカ等のフィラーが含まれた、-エポキシ樹脂またはポリイミド系樹脂からなる封止膜１６が形成されている。封止膜１６の側面は、半導体基板１１の側面と同一位置にあり、第１の絶縁膜４および第２の絶縁膜１２の周囲における半導体基板１１上にも形成され、第１の絶縁膜４の側面および第２の絶縁膜１２の側面を覆っている。

封止膜１６の外部接続用電極２０の上面２０ａに対応する領域は除去され、開口部１６ｂとなっている。封止膜１６の上面１６ａは、外部接続用電極２０の上面２０ａよりも高く形成されている。このため、封止膜１６の上面１６ａと外部接続用電極２０の上面２０ａとの境界には段差部が形成されている。この段差部のために、封止膜１６の外部接続用電極２０との境界には角部１６ｃが形成されている。

封止膜１６の上面１６ａ上には緩衝層３１が形成されている。緩衝層３１は外部接続用電極２０の上面２０ａの中央部を露出する開口部３１ａを有し、この開口部３１ａ以外はべた状のパターンを有する。従って、外部接続用電極２０の上面２０ａの周縁部および封止膜１６の外部接続用電極２０との境界に形成された角部１６ｃは、緩衝層３１によって覆われている。

緩衝層３１は、開口部３１ａ近傍の周縁部、すなわち、封止膜１６の角部１６ｃから外部接続用電極２０の上面２０ａの周縁部に亘り、緩やかに下降する傾斜面３１ｂを有する。即ち、緩衝層３１の斜面と外部接続用電極２０の上面２０ａとの成す角は鋭角である。図１では、傾斜面３１ｂは断面円弧状として図示されている。しかし、これに限らず、傾斜面３１ｂはほぼ直線状の傾斜面としてもよい。
緩衝層３１は、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ＰＢＯ系樹脂等の有機樹脂または酸化シリコン等の無機材料によって、３μｍ〜２０μｍの厚さに形成される。

外部接続用電極２０の上面２０ａの中央部には半田ボール３５が接合されている。半田ボール３５は、外部接続用電極２０の外形(直径)より大きい外形(直径)を有し、緩衝層３１の開口部３１ａの周縁部、すなわち、緩衝層３１の傾斜面３１ｂに密着している。

このように、外部接続用電極２０の上面２０ａとの境界の段差部に形成された封止膜１６の角部１６ｃは緩衝層３１の傾斜面３１ｂにより覆われている。また、外部接続用電極２０の上面２０ａの中央部に接合された半田ボール３５は緩衝層３１の傾斜面３１ｂに密着している。このため、半田ボール３５が封止膜１６の角部１６ｃが当接することに起因する集中応力が半田ボール３５に生じることはない、あるいは、集中応力を大幅に低減することができる。それゆえ、半田ボール３５に亀裂または破断が生じることを防止することができる。

次に、図４〜図１４を参照して図１に図示される本発明の実施形態１に関する半導体装置１０の製造方法の一例を説明する。
先ず、図４に図示されるように、半導体ウエハ１の各半導体装置形成領域Ａ内に、集積回路１１ａと、この集積回路１１ａに接続された接続パッド３と、接続パッド３の中央部を露出する開口部４ａを有し、半導体上ウエハ１の主面を覆う第１の絶縁膜４を形成する。接続パッド３は、例えば、アルミニウム系金属により形成される。第１の絶縁膜４を、半導体上ウエハ１の全面に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により酸化シリコンまたは窒化シリコン等の無機材料を成膜した後、第１の開口部４ａを形成する。また、同時に、第１の絶縁膜４の側面がダイシングライン２より少し引っ込んだ位置となるように周囲を除去する。第１の絶縁膜４第１の開口部４ａおよび周囲のパターニングは、一般に知られたフォトリソグラフィ技術を用いて形成することができる。

次に、図５に図示されるように、第１の絶縁膜４上に第２の絶縁膜１２を形成する。ポリイミド系樹脂またはＰＢＯ系樹脂等の有機樹脂を、第１の絶縁膜４上および接続パッド３上にべた状に塗布する。塗布の方法は、スピンコーティング法、スクリーン印刷法、スキャン塗布法等、適宜な方法を用いることができる。有機樹脂をべた状に塗布した後、フォトリソグラフィ技術によって、接続パッド２の中央部を露出する開口部１２ａを形成すると共に、第２の絶縁膜１２の側面がダイシングライン２より少し引っ込んだ位置となるように周囲を除去する。この場合、第２の絶縁膜１２の開口部１２ａは、第１の絶縁膜４の開口部４ａよりも小さいサイズに形成する。

次に、図６に図示されるように第１の配線１３および第２の配線１４を形成する。第２の絶縁膜１２上全面および第２の絶縁膜１２の開口部１２ａから露出する接続パッド３上にスパッタ法または無電解めっき法により、例えば、銅系金属からなる金属膜１３Ａを形成する。金属膜１３Ａは、ダイシングライン２およびその近傍に対応する半導体ウエハ１上にも形成される。この金属膜１３Ａ上に、フォトレジスト膜４１を塗布し、フォトリソグラフィ技術により、形成しようとする第２の配線１４の形状にパターニングする。そして、金属膜１３Ａを電流路として電解めっきを行い、第２の配線１４を形成する。この状態を図６に図示する。この後、フォトレジスト膜４１を剥離する。

次に、金属膜１３Ａ上および第２の配線１４上にフォトレジスト膜４２をべた状に塗布する。このフォトレジスト膜４２は、その上面が、形成する外部接続用電極５０の上面より高い位置となるように、外部接続用電極２０の高さより大きい厚さに形成する。そして、フォトレジスト膜４２を、フォトリソグラフィ技術により、形成しようとする外部接続用電極２０の形状にパターニングする。図７には、フォトレジスト膜４２に外部接続用電極２０の開口部４２ａが形成された状態が図示されている。

次に、金属膜１３Ａを電流路として電解めっきを行い、フォトレジスト膜４２の開口部４２ａ内に外部接続用電極２０を形成する。この状態を図８に図示する。

次に、フォトレジスト膜４２を剥離し、第２の配線１４をマスクとして、金属膜１３Ａをエッチングする。これにより第２の配線１４と同一パターンを有する第１の配線１３が形成される。つまり、第１の配線１３上に第２の配線１４が積層された配線１５が形成される。この状態を図９に図示する。

次に、封止膜１６を形成する。封止膜１６は、図１０に図示するように、第２の絶縁膜１２上に外部接続用電極２０の上面２０ａを覆うように厚く形成する。封止膜１６は、第２の絶縁膜１２の周囲における半導体ウエハ１上にも形成される。そして、図１１に図示するように封止膜１６の上部を研削して、外部接続用電極２０の上面２０ａを露出させる。

外部接続用電極２０は、電解めっきにより形成するため、外部接続用電極２０は、１つ１つ高さが異なり、また、各外部接続用電極２０の上面２０ａにはかなり大きな凹凸が形成されている。従って、外部接続用電極２０を露出する工程では、封止膜１６と共に外部接続用電極２０の上部側を研削する。外部接続用電極２０は銅系金属などの軟質の金属で形成されているので、外部接続用電極２０の上面２０ａを研削する工程において、図１１には図示されていないが、外部接続用電極２０の上面２０ａの周囲にバリのようなダレができる。このダレを有する外部接続用電極２０の上面２０ａ上に半田ボールを搭載してリフロー処理をすると、半田ボールが異形となり、外部端子に半田付けした場合、十分な接合強度を得ることができない。

このため、次に、外部接続用電極２０の上面２０ａをエッチングしてダレと共に外部接続用電極２０の上部側を除去する。この工程により、外部接続用電極２０の上面２０ａが封止膜１６の上面１６ａより低くなり、封止膜１６と外部接続用電極２０との境界に段差部ができる。つまり、封止膜１６の外部接続用電極２０との境界に角部１６ｃが形成される。封止膜１６の上面１６ａと外部接続用電極２０の上面２０ａとの段差部の大きさは、１μｍ〜数μｍである。この状態を図１２に図示する。

図１２では、半導体ウエハ１上に、第２の絶縁膜１２上に形成された配線１５と、この配線１５上に形成された外部接続用電極２０と、外部接続用電極２０の外周側面の周囲における第２の絶縁膜１２上に形成され、外部接続用電極２０の上面２０ａよりも高い位置に上面１６ａを有し、外部接続用電極２０の上面２０ａを露出する開口部１６ｂを有する封止膜１６が形成された半導体基板組立体１０Ａが構成されている。

次に、半導体基板組立体１０Ａにおける封止膜１６の上面１６ａ上および外部接続用電極２０上面２０ａ上に緩衝層３１を形成する。緩衝層３１は、ポリイミド系樹脂、エポキシ刑樹脂、ＰＢＯ系樹脂等の有機樹脂材料または酸化シリコン等の無機材料により形成することができる。形成方法としては、スピンコーティング、スキャン塗布法、インクジェット塗布法等適宜な方法を採用することができる。無機材料により形成する場合は、酸化シリコン等の樹脂を用いて形成する。緩衝層３１の厚さは、限定することを意味するものではないが、３μｍ〜２０μｍ程度とすることが推奨される。また、緩衝層３１は感光性を有する材料を適用することが望ましいが、これもこれに限られるものではない。この状態を図１３に図示する。

次に、フォトリソグラフィ技術により、緩衝層３１に外部接続用電極２０の上面２０ａの中央部を露出する開口部３１ａを形成する。そして、熱処理炉あるいはオーブンなどに収容して熱硬化処理を行う。この熱硬化処理により、緩衝層３１の開口部３１ａ近傍の周縁部、換言すれば、封止膜１６の角部１６ｃから外部接続用電極２０の上面２０ａの周縁部に対応する領域に、緩やかに下降する傾斜面３１ｂが形成される。この状態を図１４に図示する。

次に、緩衝層３１の開口部３１ａから露出された外部接続用電極２０の上面２０ａ上にフラックス層を印刷法等により形成する（図示せず)。そして、このフラックス層上に半田ボール３５を搭載し、リフロー炉に収容してリフロー処理を行う。このリフロー処理により、半田ボール３５が外部接続用電極２０の上面２０ａに接合される。また、これと共に、半田ボール３５が緩衝層３１の傾斜面３１ｂに密着する。
上記におけるフラックス層の形成に替えて、金またはニッケルなどの半田にぬれ性を示す金属層を形成する表面処理を行うようにしてもよい。

この後は、図１４に二点鎖線で示すダイシングライン２で緩衝層３１、封止膜１６、第２の絶縁膜１２、第１の絶縁膜４および半導体ウエハ１を切断することにより、図１に図示されるような、半導体基板１１上に、外部接続用電極２０と、この外部接続用電極の周囲に形成された封止膜１６と、封止膜１６上および外部接続用電極２０の上面２０ａの周縁部に形成された緩衝層３１と、外部接続用電極２０の上面２０ａの中央部に接合され、緩衝層３１の傾斜面３１ｂに密着された半田ボール３５を有する半導体装置１０を、同時に多数個得ることができる。

なお、上記実施形態では、半導体ウエハ１を切断して個々の半導体装置を得る前に各半導体装置形成領域Ａ上の外部接続用電極２０上に半田ボール３５を形成する場合で説明した。しかし、半田ボール３５は、接合される外部電子機器の端子側に形成してもよい、この場合には、図１４に図示された状態で半導体ウエハをダイシングすればよい。
実施形態１においては、封止膜１６と半田ボール３５との間に緩衝層３１のみが介在されている構成であった。しかし、封止膜１６との接着力および密着力を増強するための層を介入させるようにしてもよい。以下に、そのような実施形態について記載する。

（実施形態２)
図１５は本発明の半導体装置の実施形態２に関する拡大断面図である。
図１５に図示された半導体装置５０が、図１に図示された半導体装置１０と相違する点は、緩衝層３１と封止膜１６との間に接着剤層３６が形成されている点である。
その他の構成は実施形態１と同様であるので、同一部材に同一の図面参照番号を付してその説明を省略する。
接着剤層３６は、封止膜１６の上面１６ａおよび封止膜１６の角部１６ｃを含む外部接続用電極２０との段差部における側面に形成されている。緩衝層３１は、その接着剤層３６の上面全体を覆って形成されている。
接着剤材料としては、熱硬化性樹脂系、熱可塑性樹脂系の他、２液常温硬化樹脂系、エマルジョン系等がある。また、ホットメルト系やエラストマ系がある。これらのいずれを用いてもよい。

接着剤層３６を形成するには、液状あるいはシート状の接着剤を封止膜１６上および外部接続用電極２０の上面２０ａ上の全面に設け、外部接続用電極２０の上面２０ａの中央部に対応する領域をＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching）法またはレーザビームの照射により除去する。
この後、実施形態１と同様な方法で、接着剤層３６上に緩衝層３１を形成すればよい。

実施形態２の構成においても実施形態１と同様な効果を奏することができる。加えて、実施形態２では、接着剤層３６を介入することにより緩衝層３１と封止膜１６の接着強度を強化することができる。また、接着剤層３６をＩＣＰ−ＲＩＥ法またはレーザビームの照射により除去する際、外部接続用電極２０の上面２０ａに微細な凹凸が形成され、半田がこの微細な凹凸に食い込むので、外部接続用電極２０と半田ボール３５との接合強度を向上することができる。

(実施形態３)
次に、図１６に図示する本発明の半導体装置の実施形態３について説明する。
実施形態３における半導体装置６０は、実施形態２における半導体装置５０の接着剤層に替えて密着力向上膜を用いた点を特徴とする。他の構成は、実施形態１および実施形態２と同様であり、同一部材に同一の図面参照番号を付してその説明を省略する。
半導体装置６０の密着力向上膜３７は、封止膜１６の上面１６ａのみに形成されており、封止膜１６における外部接続用電極２０の段差部の側面には形成されていない。この密着力向上膜３７の上面および封止膜１６の外部接続用電極２０の段差部における側面を覆って緩衝層３１が形成されている。

密着力向上膜３７の材料の一例として、シランカップリング剤がある。シランカップリング剤は原液でもよく、また、アルコール等の有機溶剤あるいは水などで希釈した溶液でもよい。
密着力向上膜３７を形成するには、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、凸版印刷法、インクジェット印刷法、スピンコート法、ダイコート法またはＣＶＤ法などを用いる。印刷法による場合は、１つの工程で外部接続用電極２０の上面２０ａを除外したパターンを形成することができる。封止膜１６の上面１６ａおよび外部接続用電極２０の上面２０ａの全面に密着力向上膜３７を設け、フォトリソグラフィ法により外部接続用電極２０の上面２０ａ上の部分を除去するようにしてもよい。除去する方法は、エッチング液によるウエットエッチング法あるいは実施形態２に記載したドライエッチング法のいずれでもよい。

シランカップリング剤としては、分子中に一般式（ＣｎＨ２ｎ＋１Ｏ）ｍ−Ｓｉ−（ただし、ｎ、ｍ＝１、２、３）を有する材料であればよい。一例をあげれば、γ−（２−アミノエチル）アミノプロピルメトキシシラン、γ−（２−アミノエチル）アミノプロピルエトキシシラン、γ−（２−アミノエチル）アミノプロピルメチルジメトキシシラン、アミノシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(βメトキシエトキシ)シラン、β−(３、４エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプルピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、γ−イソシアナートプロピルトリエトキシシランなどがある。

実施形態３において、密着力向上膜３７を、実施形態２の接着剤層３６と同様、封止膜１６の角部１６ｃを含む外部接続用電極２０との段差部における側面に形成するようにしてもよい。
実施形態３においても実施形態２と同様な効果を奏することができる。

なお、上記各実施形態では、外部接続用電極２０は、接続パッド３に接続された配線１５上に形成する構造として説明をした。しかし、外部接続用電極２０を、直接、接続パッド３上に形成するようにしてもよい。

第１の絶縁膜４および第２の絶縁膜１２を単層とすることもできる。単層とする場合、酸化シリコン等の無機材料からなる樹脂、またはポリイミド系樹脂、ＰＢＯ樹脂などの有機樹脂を用いて、スピンコート法、スクリーン印刷法などにより形成する。

配線１５は第１の配線１３および第２の配線１４の二層積層構造の他、三層積層構造とすることができることは記載したが、スパッタ法あるいは無電解めっき法で形成する単層とすることもできる。

その他、本発明の半導体装置は発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して構成することが可能であり、要は、接続パッドを有する半導体基板と、半導体基板上に形成され、接続パッドの一部を露出する開口部を有する絶縁膜と、接続パッドに電気的に接続された外部接続用電極と、外部接続用電極の外周側面の周囲における絶縁膜上に形成され、外部接続用電極の上面よりも高い位置に上面を有し、外部接続用電極の上面を露出する開口部を有する封止膜と、外部接続用電極の上面の中央部を露出する開口部を有し、少なくとも外部接続用電極の上面の周縁部およびその周囲の前記封止膜を覆う緩衝層と、を具備するものであればよい。

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、外部接続用電極と、外部接続用電極の外周側面の周囲における半導体基板上に形成され、外部接続用電極の上面よりも高い位置に上面を有し、外部接続用電極の上面を露出する開口部を有する封止膜が形成された半導体基板組立体を準備する工程と、少なくとも外部接続用電極の上面の周縁部およびその周囲の封止膜上に形成され、外部接続用電極の上面の中央部を露出する開口部を有する緩衝層を形成する工程と、を具備するものであればよい。

また、本発明の半導体装置の製造方法は、接続パッドを有する半導体基板を準備する工程と、半導体基板上に接続パッドを露出する開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上に、接続パッドに接続された配線を形成する工程と、配線に接続された外部接続用電極を形成する工程と、外部接続用電極の外周側面の周囲における絶縁膜上および外部接続用電極の上面上に封止膜を形成する工程と、
少なくとも封止膜を研磨して外部接続用電極の上面を露出する工程と、外部接続用電極の上面を除去して外部接続用電極の上面を前記封止膜の上面より低くする工程と、封止膜上および外部接続用電極の上面上に緩衝層を形成する工程と、緩衝層における外部接続用電極の上面の中央部に対応する領域を除去する工程と、を具備するものであればよい。

１ 半導体ウエハ
２ ダイシングライン
３ 接続パッド
４ 第１の絶縁膜
４ａ 開口部
１０、５０、６０ 半導体装置
１０Ａ 半導体基板組立体
１１ 半導体基板
１２ 第２の絶縁膜
１２ａ 開口部
１３ 第１の配線
１４ 第２の配線
１５ 配線
１６ 封止膜
１６ａ 上面
１６ｂ 角部
１６ｃ 角部
２０ 外部接続用電極
２０ａ 上面
３１ 緩衝層
３１ａ 開口部
３１ｂ 傾斜面
３５ 半田ボール
３６ 接着剤層
３７ 密着力向上膜

Claims (16)

1. 接続パッドを有する半導体基板と、
   前記半導体基板上に形成され、前記接続パッドの一部を露出する開口部を有する絶縁膜と、
   前記接続パッドに電気的に接続された外部接続用電極と、
   前記外部接続用電極の外周側面の周囲における前記絶縁膜上に形成され、前記外部接続用電極の上面よりも高い位置に上面を有し、前記外部接続用電極の上面を露出する開口部を有する封止膜と、
   前記外部接続用電極の上面の中央部を露出する開口部を有し、少なくとも前記外部接続用電極の上面の周縁部およびその周囲の前記封止膜を覆う緩衝層と、
   前記緩衝層と前記封止膜との間に設けられた接着剤層と、
   を具備することを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記緩衝層の開口部から露出された前記外部接続用電極の上面の中央部上に接合された半田ボールを更に具備することを特徴とする半導体装置。
3. 請求項２に記載の半導体装置において、前記半田ボールは前記外部接続用電極の中央部から、前記外部接続用電極の外周と前記封止膜との境界面よりも外側の領域の前記緩衝層上に亘って形成されていることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記緩衝層は、前記封止膜の角部から外部接続用電極の上面の周縁部に亘り、下降する傾斜面を有し、前記緩衝槽の傾斜面と前記外部接続用電極の上面との成す角は鋭角であることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記絶縁膜上に前記接続パッドに接続された配線が形成され、前記外部接続用電極は前記配線上に形成されていることを特徴とする半導体装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記緩衝層の開口部から露出された前記外部接続用電極の上面の中央部上にフラックス層または表面処理層が形成されていることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記緩衝層はポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂またはＰＢＯ系樹脂のいずれかにより形成されていることを特徴とする半導体装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記封止膜はシリカのフィラーが含まれた、エポキシ樹脂またはポリイミド系樹脂のいずれかにより形成されていることを特徴とする半導体装置。
9. 半導体基板上に、外部接続用電極と、前記外部接続用電極の外周側面の周囲における前記半導体基板上に形成され、前記外部接続用電極の上面よりも高い位置に上面を有し、前記外部接続用電極の上面を露出する開口部を有する封止膜が形成された半導体基板組立体を準備する工程と、
   前記封止膜上に接着剤層を形成する工程と、
   少なくとも前記外部接続用電極の上面の周縁部およびその周囲の前記接着剤層上に形成され、前記外部接続用電極の上面の中央部を露出する開口部を有する緩衝層を形成する工程と、
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、さらに、前記外部接続用電極の上面に接合され、前記緩衝層の少なくとも前記外部接続用電極の上面の外周部に密着した半田ボールを形成する工程を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 請求項９又は１０に記載の半導体装置の製造方法において、前記緩衝層を形成する工程は、スピンコーティング法、スキャン塗布法またはインジェット塗布法により前記封止膜の上面および前記外部接続用電極の上面の全体に前記緩衝層を形成し、その後、前記緩衝層に、前記外部接続用電極の上面の中央部を露出する開口部を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. 請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、前記緩衝層は、前記封止膜の角部から外部接続用電極の上面の周縁部に亘り、下降する傾斜面を有し、前記緩衝槽の傾斜面と前記外部接続用電極の上面との成す角は鋭角であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. 請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、前記緩衝層を形成する工程の後、前記半田ボールを形成する工程の前に、前記外部接続用電極の中央部にフラックス層または表面処理層を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
14. 請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、前記半田ボールを形成する工程は、前記外部接続用電極の上面の中央部上に形成された前記フラックス層上または前記表面処理層上に半田ボールを搭載する工程と、前記半田ボールが搭載された半導体基板組立体をリフロー処理して前記半田ボールを前記緩衝層の開口部周縁部に密着する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
15. 接続パッドを有する半導体基板を準備する工程と、
    前記半導体基板上に前記接続パッドを露出する開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、
    前記絶縁膜上に、前記接続パッドに接続された配線を形成する工程と、
    前記配線に接続された外部接続用電極を前記配線上に形成する工程と、
    前記外部接続用電極の上面を露出させるようにして前記外部接続用電極の外周側面の周囲における前記絶縁膜上に封止膜を形成し、前記外部接続用電極の上面を前記外部接続用電極の上面よりも低くする工程と、
    前記封止膜上に接着剤層を形成する工程と、
    前記接着剤層上および前記外部接続用電極の上面上に緩衝層を形成する工程と、
    前記緩衝層における前記外部接続用電極の上面の中央部に対応する領域を除去する工程と、
    を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
16. 請求項１５に記載の半導体装置の製造方法において、さらに、前記外部接続用電極の上面の中央部にフラックスを被着する工程と、前記フラックス上に半田ボールを搭載する工程と、前記外部接続用電極の上面の中央部に半田ボールが搭載された半導体基板をリフロー処理して、前記半田ボールを、少なくとも前記外部接続用電極の上面の周縁部上に形成された前記緩衝層の部分に密着する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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