JPH11191572A

JPH11191572A - 半導体装置とその製造方法

Info

Publication number: JPH11191572A
Application number: JP35882097A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Nakamura; 嘉文中村; Ryuichi Sawara; 隆一佐原; Nozomi Shimoishizaka; 望下石坂; Takahiro Kumagawa; 隆博隈川
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-13
Anticipated expiration: 2017-12-26
Also published as: JP3313058B2

Abstract

(57)【要約】【課題】熱応力等に対する金属配線の断線を防止する
機能の高い高信頼性の半導体装置及びその製造方法を提
供する。【解決手段】半導体チップ１０の主面上には、半導体
チップ１０の電極が配置された中央部を開口させた低弾
性率層２０が設けられている。そして、低弾性率層２０
の上に外部電極端子となるランド３２が設けられ、ラン
ド３２とパッド３０との間を接続する金属配線３１が設
けられている。ランド３２の上には金属ボール４０が設
けられており、ランドの一部を開口させたソルダーレジ
スト５０が形成されている。低弾性率層２０の傾斜部上
の金属配線３１には１回又は２回以上蛇行した蛇行部が
形成されている。そして、この蛇行部で半導体装置の加
熱・冷却に伴って発生する熱応力などの応力を吸収し、
金属配線の断線を防止するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トランジスタ等の
半導体素子を内蔵する半導体装置及びその製造方法に係
り、特に配線部分の信頼性の向上対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置およびその製造方法
は、電子機器の小型化、高機能化に伴い、小型化、高密
度化、高速化を要求されるようになり、たとえばメモリ
ー用パッケージとしてはＬＯＣ（リード・オン・チッ
プ）あるいはＳＯＮ（スモール・アウトライン・ノンリ
ード）等の開発、あるいはＴＡＢテープを利用したμＢ
ＧＡ（マイクロ・ボール・グリッド・アレイ）（特表平
０６−５０４４０８号）といったパッケージが開発され
ている。

【０００３】以下、従来のμＢＧＡと呼ばれる半導体装
置およびその製造方法について図面を参照しながら説明
する。

【０００４】図１０は、従来のμＢＧＡと呼ばれる半導
体装置を示す断面図である。図１０において、１０１は
半導体素子を内蔵する半導体チップ、１０２は半導体チ
ップ１０１上に形成された配線回路シート、１０３は半
導体チップ１０１と配線回路シート１０２との間に介在
するしなやかな低弾性率材料、１０４は配線層の一部と
なる部分リード、１０５は半導体チップ１０１内の半導
体素子に電気的に接続されるチップ接点、１０６は配線
回路シート１０２の表面上に形成され外部装置との電気
的接続を行なうための電極である。

【０００５】同図に示すように、従来のμＢＧＡと呼ば
れる半導体装置は、半導体チップ１０１上に低弾性率材
料１０３を介して配線回路シート１０２が形成された構
造を有しており、半導体チップ１０１上のチップ接点１
０５と配線回路シート１０２上の表面の電極１０６と
が、部分リード１０４により電気的に接続されたもので
ある。

【０００６】すなわち、このような半導体装置の構造を
採用することにより、配線回路シート１０２の上に二次
元的に形成される多数の電極１０６を介して外部機器と
の電気的接続が可能となるので、情報通信機器，事務用
電子機器等の小型化を図ろうとするものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の半導体装置において、半導体装置に加熱・冷却を繰
り返す熱サイクル試験を施すと、部分リード１０４が断
線を生じることがあった。つまり、半導体装置の表面に
形成される配線の信頼性が必ずしも保証されないという
問題があった。

【０００８】そこで、本発明者達がその原因を追究した
結果、半導体チップ１０１上のチップ接点１０５と配線
回路シート１０２上の表面の電極１０６との間における
下地全体と、配線層を構成する金属膜との熱膨張率（熱
収縮率）が異なるために生じる熱応力，特に引っ張り応
力を配線層の弾性によっては十分吸収できないことに起
因するものと推察された。

【０００９】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、上述のような半導体装置の加熱・
冷却により配線層に加わる熱応力を吸収するための手段
を講ずることにより、信頼性の高い配線層を有する半導
体装置及びその製造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明が講じた手段は、金属配線に熱応力等の応力
を吸収するための蛇行部を設けることにある。具体的に
は、請求項１〜１６に記載されている半導体装置に関す
る手段と、請求項１７〜２４に記載されている半導体装
置の製造方法に関する手段とを講じている。

【００１１】本発明の半導体装置は、請求項１に記載さ
れているように、表面上に電極が配置された半導体チッ
プと、上記半導体チップ上の電極から延び、少なくとも
一回蛇行した蛇行部を有するように形成された金属配線
と、上記金属配線に接続される外部電極端子とを備えて
いる。

【００１２】これにより、半導体装置の加熱・冷却など
によって半導体装置に熱応力等の応力，特に引っ張り応
力が加わったときにも、金属配線の蛇行部で応力が吸収
されるので、金属配線の断線を防止することができ、信
頼性が向上する。

【００１３】請求項２に記載されているように、請求項
１の半導体装置において、上記半導体チップの上に形成
され、上記電極が配置されている領域に開口部を有する
低弾性率の絶縁性材料からなる低弾性率層をさらに備
え、上記外部電極端子を上記低弾性率層の上に形成し、
上記金属配線を上記低弾性率層と上記半導体チップの電
極とに跨って形成することができる。

【００１４】これにより、低弾性率層によって金属配線
に印加される衝撃力などを緩和できるとともに、低弾性
率層と金属配線との熱膨張率の差によって生じる熱応力
等の応力を吸収でき、さらに信頼性が向上する。

【００１５】請求項３に記載されているように、請求項
２の半導体装置において、上記低弾性率層には、上記開
口部の端部において低弾性率層の上面から半導体チップ
の表面に至るくさび状の傾斜部を設けることが好まし
い。

【００１６】これにより、金属配線を低弾性率層の傾斜
部に沿わせて設けることが可能になり、断線に対する信
頼性がさらに向上する。

【００１７】請求項４に記載されているように、請求項
２又は３の半導体装置において、上記金属配線の蛇行部
を、上記低弾性率層の開口部の端部と上記半導体チップ
上の電極との間の部分に形成しておくことができる。

【００１８】これにより、特に熱応力が大きい領域にお
ける熱応力を吸収できる構造となるので、高い信頼性を
有する半導体装置が得られる。

【００１９】請求項５に記載されているように、請求項
１〜４のうちいずれか１つの半導体装置において、上記
金属配線のうち相隣り合う金属配線の蛇行部における蛇
行形状を同じにすることが好ましい。

【００２０】これにより、金属配線を形成する際のパタ
ーニング性が向上するとともに、相隣接する金属配線同
士の接触を確実に回避でき、信頼性の高い金属配線を有
する半導体装置が得られる。

【００２１】請求項６に記載されているように、請求項
２の半導体装置において、上記低弾性率層の開口部の端
部から上記半導体チップ上の電極に至る領域に、少なく
とも１つの凸状低弾性率層をさらに設け、上記金属配線
を、上記低弾性率層から上記凸状低弾性率層を経て上記
半導体チップ上の電極まで延ばし、上記金属配線の蛇行
部を、上記凸状低弾性率層の表面に沿って縦方向に蛇行
するように形成しておくことができる。

【００２２】これによっても、金属配線に蛇行部を確実
に持たせておくことができる。

【００２３】請求項７に記載されているように、請求項
６の半導体装置において、上記凸状低弾性率層を複数個
設け、上記凸状低弾性率層の高さを上記半導体チップ上
の電極に近づくにしたがって低くなるように形成するこ
とが好ましい。

【００２４】これにより、低弾性率層と半導体チップと
の間の段差が小さくなってから金属配線が電極に接続さ
れるので、加熱・冷却により金属配線に加わる熱応力を
より小さくすることができる。

【００２５】請求項８に記載されているように、請求項
３の半導体装置において、上記低弾性率層の傾斜部の表
面に凹凸模様を形成しておき、上記金属配線の蛇行部
を、上記低弾性率層の傾斜部の上で上記凹凸模様に沿っ
て縦方向に蛇行するように形成しておくことができる。

【００２６】これにより、請求項７と同じ作用効果を発
揮することができる。

【００２７】請求項９に記載されているように、請求項
２の半導体装置において、上記低弾性率層の表面に凹凸
模様を形成しておき、上記金属配線の蛇行部を、上記低
弾性率層の上で上記凹凸模様に沿って縦方向に蛇行する
ように形成しておくことができる。

【００２８】これにより、特に金属配線の低弾性率層の
上における熱応力等の吸収機能が高くなる。

【００２９】請求項１０に記載されているように、請求
項９の半導体装置において、上記低弾性率層の凹凸模様
は微少な波状模様を有していることが好ましい。

【００３０】これにより、平面方向に作用する応力を分
散することができる。

【００３１】請求項１１に記載されているように、請求
項２〜１０のうちいずれか１つの半導体装置において、
上記半導体チップの電極を半導体チップの外周部に設
け、上記低弾性率層を上記半導体チップの外周部の上方
に開口部を設けることができる。

【００３２】これにより、特に大きな応力が作用する外
周部に電極が配置されている場合にも、金属配線の断線
を確実に防止することができる。

【００３３】請求項１２に記載されているように、請求
項２〜１１のうちいずれか１つの半導体装置において、
上記低弾性率層及び金属配線の上で上記外部電極端子の
少なくとも一部を露出させるように形成され、はんだを
はじく特性を有するソルダーレジストをさらに備えてい
ることが好ましい。

【００３４】これにより、ソルダーレジストで金属配線
が保護されているので、外部電極端子と外部の接続端子
との間ではんだづけによる電気的接続を行う際などの金
属配線の断線や短絡が確実に防止でき、半導体装置の信
頼性が向上する。

【００３５】請求項１３に記載されているように、請求
項１〜１２のうちいずれか１つの半導体装置において、
柔軟性のある絶縁性シートの上に所定パターンの配線を
設けてなる配線回路シートと、上記配線回路シート上の
配線から導出されて上記半導体チップ上の電極に接続さ
れる部分リードとをさらに備え、上記金属配線を上記配
線回路上の配線と上記部分リードとにより構成してお
き、上記金属配線の蛇行部を上記配線回路シートの上に
形成しておくことができる。

【００３６】これにより、ＴＡＢテープ等を利用して得
られる配線回路シートを用いた量産性に優れ、かつ信頼
性の高い半導体装置を得ることができる。

【００３７】請求項１４に記載されているように、請求
項１３の半導体装置において、上記金属配線の蛇行部を
上記部分リードにも形成しておくことが好ましい。

【００３８】請求項１５に記載されているように、請求
項２〜１４のうちいずれか１つの半導体装置において、
上記低弾性率層の厚みは１０μｍ〜１５０μｍであるこ
とが好ましい。

【００３９】請求項１６に記載されているように、請求
項１〜１５のうちいずれか１つの半導体装置において、
上記外部電極端子の上に形成され、外部電極端子を外部
の接続端子に接続するための突起状電極をさらに備えて
いることが好ましい。

【００４０】これにより、外部の接続端子に突起状電極
を介して迅速に接続できる構造となるとともに、突起状
電極の加熱・冷却に伴う熱応力を金属配線の蛇行部で吸
収でき、信頼性を高く維持することができる。

【００４１】本発明の第１の半導体装置の製造方法は、
請求項１７に記載されているように、電極を有する半導
体チップの上に、表面に凹凸模様を有する低弾性率の絶
縁材料膜を形成する第１の工程と、上記絶縁材料膜をパ
ターニングして、上記電極の上方の領域に開口部を有す
る低弾性率層を形成する第２の工程と、少なくとも上記
低誘電率層の上を含む領域に上記半導体チップの電極に
接続される金属配線を形成する第３の工程とを備えてい
る。

【００４２】この工程により、低弾性率層の上に形成さ
れる金属配線が凹凸模様の上で縦方向に蛇行する形状に
なるので、熱応力等の応力を吸収して断線を防止する機
能の高い金属配線が形成される。したがって、信頼性の
高い半導体装置が形成されることになる。

【００４３】請求項１８に記載されているように、請求
項１７の半導体装置の製造方法において、上記第１の工
程では、有機溶剤成分を含む絶縁材料により上記絶縁材
料膜を形成し、この絶縁材料膜を乾燥させることにより
上記凹凸模様を形成することができる。

【００４４】この方法により、低弾性率層の表面に極め
て容易に凹凸模様を形成することができる。

【００４５】請求項１９に記載されているように、請求
項１８の半導体装置の製造方法において、上記第１の工
程では、３０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の有機溶剤成分を含む
絶縁材料により上記絶縁材料膜を形成することが好まし
い。

【００４６】請求項２０に記載されているように、請求
項１８の半導体装置の製造方法において、上記第１の工
程では、上記低弾性率層を形成した後に、上記低弾性率
層に２ｗｔ％〜２０ｗｔ％の有機溶剤成分が含まれてい
ることが好ましい。

【００４７】請求項２１に記載されているように、請求
項１８の半導体装置の製造方法において、上記第２の工
程では、上記絶縁材料膜をパターニングした後に、低弾
性率層に０ｗｔ％〜５ｗｔ％の有機溶剤成分が含まれて
いることが好ましい。

【００４８】請求項２２に記載されているように、請求
項１７の半導体装置の製造方法において、上記第１の工
程では、上記絶縁材料膜をパターニングすることにより
上記凹凸模様を形成するようにしてもよい。

【００４９】本発明の第２の半導体装置の製造方法は、
請求項２３に記載されているように、電極を有する半導
体チップの上に低弾性率の絶縁材料膜を形成する第１の
工程と、上記絶縁材料膜をパターニングして、上記電極
の上方に開口部を有する低弾性率層を形成する第２の工
程と、上記低弾性率層の上面をパターニングして凹凸模
様を形成する第３の工程と、少なくとも上記低誘電率層
の上を含む領域に上記半導体チップの電極に接続される
金属配線を形成する第４の工程とを備えている。

【００５０】この方法によっても、低弾性率層の表面に
凹凸模様が形成されるので、低弾性率層の上で金属配線
を縦方向に蛇行させることができ、熱応力等の応力が加
わったときにも断線を生じない信頼性の高い半導体装置
が形成される。

【００５１】請求項２４に記載されているように、請求
項１７〜２３のうちいずれか１つの半導体装置の製造方
法において、上記金属配線を形成した後に、上記低弾性
率層の上に感光性ソルダーレジストを形成し、上記金属
配線のうち外部の接続端子に接続される部分を露出させ
ながら、上記金属配線を保護するソルダーレジストを形
成する工程と、上記金属配線のうち上記ソルダーレジス
トから露出している部分の上に突起状電極を溶融接合す
る工程とをさらに備えていることが好ましい。

【００５２】この方法により、ソルダーレジストによっ
て金属配線が保護されるので、断線等のおそれがより少
ない信頼性の高い金属配線を有する半導体装置が形成さ
れることになる。

【００５３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００５４】（第１の実施形態）まず、本発明の第１の
実施形態について、図１〜図３を参照しながら説明す
る。図１は、第１の実施形態における半導体装置をソル
ダーレジストの一部を開口して示す斜視図であり、図２
と図３は低弾性率層の端部と半導体チップ上の電極との
間の部分を拡大して示す部分斜視図である。

【００５５】図１において、１０はトランジスタ等の半
導体素子によって構成される半導体集積回路を内部に有
する半導体チップである。この半導体チップ１０の主面
の中央部には、半導体チップ１０の電極（図示せず）に
接続されるパッド３０が配置されている。また、半導体
チップ１０の主面上において、パッド３０が配置された
中央部を除く領域に弾性率の小さい絶縁性材料からなる
低弾性率層２０が設けられている。この低弾性率層２０
は、パッド３０が形成されている半導体チップ１０の主
面に至るくさび状の傾斜部を有している。低弾性率層２
０の上には、半導体チップ１０内の半導体素子と外部機
器との間で信号を入出力するための外部電極端子として
機能するランド３２が設けられており、このランド３２
とパッド３０との間を接続する金属配線３１が設けられ
ている。上記パッド３０と金属配線３１とランド３２と
は同一の金属層からなり、併せて金属配線パターンを構
成している。そして、ランド３２の上には、突起状電極
である金属ボール４０が設けられている。また、半導体
装置全体の上には、金属ボール４０が形成されている領
域を露出して、その他の領域を覆うソルダーレジスト５
０が形成されている。つまり、ソルダーレジスト５０の
開口部に露出するランド３２に金属ボール４０が接合さ
れた構造となっている。

【００５６】なお、半導体チップ１０の主面のうちパッ
ド３０以外の領域は、図示しないがパッシベーション膜
によって覆われている。

【００５７】ここで、本実施形態に係る半導体装置の特
徴は、金属配線３１の少なくとも一部が蛇行するように
構成されている点である。つまり、金属配線３１に１回
又は２回以上蛇行した蛇行部が形成されている点であ
る。すなわち、この蛇行部で半導体装置の加熱・冷却に
伴って発生する熱応力などの応力を吸収するように構成
されている。

【００５８】ただし、この金属配線３１における蛇行部
は、図２に示すごとく金属配線３１全体が蛇行した形状
であってもよいし、図３に示すごとく金属配線３１のう
ち低弾性率層２０の傾斜部の上のみで蛇行した形状とし
てもよい。

【００５９】本実施形態の半導体装置によると、半導体
装置の主面上に二次元的に外部電極端子となるランド３
２が配置されているので、狭い面積に多数の外部電極端
子を設けることが可能となるとともに、パターン形成可
能な金属配線３１によりパッド３０とランド３２と接続
することができる構造である。したがって、小型で薄型
の半導体装置であり、かつ多ピン化に対応できる半導体
装置である。

【００６０】特に、下地となる低弾性率層２０の上に蛇
行した金属配線３０を設けているので、半導体装置をプ
リント基板等の母基板の上に実装する際などにおいて、
半導体装置の加熱・冷却に伴い金属配線３０に熱応力な
どの応力が印加されても、金属配線３０が蛇行している
ことで、金属配線３０に加わる引っ張り応力が緩和され
る。よって、基板実装時などにおける金属配線３０の断
線を防止することができ、信頼性の高い配線構造を実現
することができる。

【００６１】また、金属配線３０につながるランド３２
の上に外部電極となる金属ボール４０が設けられている
ので、プリント基板等の母基板に半導体装置を搭載する
工程が極めて簡易かつ迅速に行なうことができるが、そ
の際にも、大きな熱容量を有する金属ボール４０から発
生する熱応力を吸収できる。

【００６２】次に、本実施形態の配線構造について行な
った信頼性試験の結果について説明する。

【００６３】本実施形態の半導体装置と基本的に同じ構
造であるが金属配線が全て直線状である半導体装置を、
はんだ（６３Ｓｎ／３７Ｐｂ）でガラス・エポキシ基板
（ＦＲ−４）に実装し、−５５℃（３０分）〜１５０℃
（３０分）の熱サイクル試験を行った結果、金属配線層
を蛇行させなかった場合の信頼性が６００サイクルであ
り、オープン不良の原因は金属配線の端面での断線であ
った。

【００６４】一方、図２に示すような全ての部分が蛇行
している金属配線を有する本実施形態の半導体装置を、
上述の条件と同じ条件で実装し、上述の条件と同じ条件
で熱サイクル試験を行った結果、信頼性は１５００サイ
クルまで向上した。ただし、金属配線の幅は一定の５０
μｍであり、蛇行形状は２００μｍ長さに対し１振幅
で、振幅は７５μｍである。

【００６５】また、図３に示すような低弾性率層２０の
うち傾斜部の上のみで蛇行していて他の部分では直線状
である金属配線について、上記と同様の熱サイクル試験
を行った結果、信頼性は１２００サイクルまで向上し
た。

【００６６】なお、各金属配線３１の蛇行パターンを同
じにすることにより、金属配線３１を形成する際におけ
る低弾性率層２０上でのパターニング性が向上するとと
もに、金属配線３１同士の接触，つまり短絡を防止でき
る。

【００６７】（第２の実施形態）次に、第２の実施形態
について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４
は、第２の実施形態の半導体装置のソルダーレジストを
全面的に開口して示す斜視図であり、図５は低弾性率層
の端部と半導体チップ上の電極との間の部分を拡大して
示す部分斜視図である。

【００６８】図４に示すように、本実施形態に係る半導
体装置においては、半導体チップ１０の主面上における
外周部に、半導体素子の電極（図示せず）に接続される
パッド３０が配置されている。また、半導体チップ１０
の主面上には、上記パッド３０が配置された外周部を除
く領域に、弾性率の小さい絶縁性材料からなる低弾性率
層２０が設けられている。この低弾性率層２０は、上記
第１の実施形態とは異なり傾斜部を有しておらず、半導
体チップ１０の主面に対して段差をもつように形成され
ている。そして、低弾性率層２０の上には、配線回路シ
ート３５が設けられている。この配線回路シート３５
は、柔軟性シートの上に銅箔をパターニングして形成さ
れる配線パターン（図示せず）を有している。そして、
本実施形態では、この配線回路シート３５上の配線と、
この配線から導出されてパッド３０に接続される部分リ
ードとにより金属配線３１が構成されている。ここで、
配線回路シート３５上の配線は蛇行していて、配線回路
シート３５の上では配線幅が細くなっている。そして、
図５に示すように、配線回路シート３５上から導出され
る金属配線３１の部分リードは、段差の部分で蛇行して
下地に密着することなく延びて、その端部となるパッド
３０の部分で半導体チップ１０上の電極１１に熱圧着に
て接続される構造となっている。

【００６９】また、配線回路シート３５上の金属配線３
１の端部には、半導体チップ１０内の半導体素子と外部
機器との間で信号を入出力するための外部電極端子とし
て機能するランド３２が設けられている。そして、ラン
ド３２の上には、突起状電極である金属ボール４０が設
けられている。

【００７０】本実施形態の半導体装置においても、金属
配線３１が蛇行した形状を有していることで、上記第１
の実施形態と同様に、配線層の信頼性向上効果を発揮す
ることができる。

【００７１】具体的に、本実施形態の半導体装置と基本
的に同じ構造を有しているが金属配線が蛇行していない
半導体装置を、はんだ（６３Ｓｎ／３７Ｐｂ）にてガラ
ス・エポキシ基板に接続し、−５５℃（３０分）〜１５
０℃（３０分）の熱サイクル試験を行った結果、信頼性
が４００サイクルであり、オープン不良の原因は金属配
線の端面での断線であった。ただし、配線回路シートの
内部の金属配線から端部、端面と半導体チップ上のパッ
ドまでの金属配線の幅が一定の５０μｍ幅である。

【００７２】一方、本実施形態の蛇行した金属配線を有
する半導体装置について、上記と同じ条件で熱サイクル
試験を行なった結果、信頼性は９００サイクルまで向上
した。ただし、金属配線は同じ一定幅５０μｍを有し、
蛇行形状は、２００μｍ長さに対し１振幅で、振幅を７
５μｍとしている。

【００７３】（第３の実施形態）次に、第３の実施形態
について図６を参照しながら説明する。図６は、本実施
形態に係る半導体装置の端部付近のみを拡大して示す部
分断面図である。

【００７４】本実施形態における半導体装置全体の構造
は、上記第２の実施形態の半導体装置とほぼ同じであ
り、第２の実施形態と同一の構成要素に対しては図４に
おける符号と同一の符号を付して、その説明を省略す
る。

【００７５】図６に示すように、本実施形態の半導体装
置においては、低弾性率層２０の端部の側方に低弾性率
層２０を取り囲むリング状の２つの凸状低弾性率層２０
ａ，２０ｂがさらに形成されている。この凸状低弾性率
層２０ａ，２０ｂは断面形状が山形に形成されており、
金属配線３１は、この凸状低弾性率層２０ａ，２０ｂの
上に形成されることにより、縦方向に蛇行した状態とな
っている。なお、本実施形態では、配線回路シートは設
けていない。

【００７６】本実施形態の半導体装置では、上記第２の
実施形態と同様の熱サイクル試験による信頼性の評価を
行なった結果、信頼性は１６００サイクルまで向上し
た。

【００７７】（第４の実施形態）次に、第４の実施形態
について図７を参照しながら説明する。図７は、本実施
形態に係る半導体装置の端部付近のみを拡大して示す部
分断面図である。

【００７８】本実施形態における半導体装置全体の構造
は、上記第１の実施形態の半導体装置とほぼ同じであ
り、第１の実施形態と同一の構成要素に対しては図１に
おける符号と同一の符号を付して、その説明を省略す
る。

【００７９】図７に示すように、本実施形態の半導体装
置においては、低弾性率層２０の傾斜部に波状の凹凸模
様が設けられており、金属配線３１は、この凹凸模様の
ある低弾性率層２０の傾斜部の上に形成されることによ
り、縦方向に蛇行した状態となっている。

【００８０】このように、低弾性率層２０の傾斜部に凹
凸模様を設けることにより、言い換えると凹凸の段差を
徐々に小さくしていくことにより、低弾性率層２０と半
導体チップ１０上のパッド電極３０との間の高低差が小
さくなり、加熱・冷却による配線間の熱応力をさらに軽
減でき、信頼性の向上を図ることが可能となる。

【００８１】（第５の実施形態）次に、第５の実施形態
について図８を参照しながら説明する。図８は、本実施
形態に係る半導体装置の中央部付近のみを拡大して示す
部分断面図である。

【００８２】本実施形態における半導体装置全体の構造
は、上記第１の実施形態の半導体装置とほぼ同じであ
り、第１の実施形態と同一の構成要素に対しては図１に
おける符号と同一の符号を付して、その説明を省略す
る。

【００８３】ここで、本実施形態における半導体装置の
特徴は、低弾性率層２０のうち平坦部全体に波状の凹凸
模様が設けられている点である。そして、金属配線３１
のうち部分リードを除く部分に凹凸模様が形成されてお
り、金属配線３１の大部分がこの凹凸模様の上で縦方向
に蛇行した状態となっている。

【００８４】本実施形態の半導体装置について、上記第
１の実施形態と同様の熱サイクル試験による信頼性の評
価を行なった結果、信頼性は１３００サイクルまで向上
した。

【００８５】次に、本実施形態の半導体装置での製造方
法について、図９（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明す
る。図９（ａ）〜（ｅ）は、図８に示す半導体装置の構
造を実現するための製造工程を示す断面図である。

【００８６】まず、図９（ａ）に示すように、半導体チ
ップ１０の主面にそれぞれ形成された半導体チップ１０
の電極１１とパッシベーション膜１２との上に、感光性
を有する絶縁材料を塗布して乾燥することにより絶縁材
料膜２１を形成する。絶縁材料としては、例えば低弾性
率ポリイミド、エポキシ等のような低弾性率と絶縁性と
を有するポリマーであればよい。ここでは、絶縁材料と
して有機溶剤成分が５０ｗｔ％含むエポキシ系材料を塗
布し、これを乾燥して使用した。この乾燥工程で、絶縁
材料膜２１中の有機溶剤成分が１０ｗｔ％と減少し、こ
の有機溶剤成分の揮発により、絶縁材料膜２１の表面に
波紋状の皺模様（波状の凹凸模様）ができる。

【００８７】次に、図９（ｂ）に示すように、乾燥され
た絶縁材料膜２１に対して露光と現像とを順次行って、
半導体チップ１０の電極１１の部分が開口した低弾性率
層２０を形成する。この場合において、例えば露光で平
行光ではなく散乱光を使用して、開口部における低弾性
率層２０の断面形状を、半導体チップ１０の主面に対し
て垂直ではなくテーパー状にして形成する。このときの
絶縁樹脂からなる低弾性率層２０の厚みは１００μｍと
した。

【００８８】次に、図９（ｃ）に示すように、半導体チ
ップ１０の主面において、真空蒸着法、スパッタリング
法、ＣＶＤ法又は無電解めっき法によって例えばＴｉ／
Ｃｕからなる金属薄膜層を形成した後に、該金属薄膜層
に対してパターニングを行う。このことによって、半導
体チップ１０の主面において、パッド３０と金属配線３
１とランド３２とからなる所定の配線パターンを形成す
る。配線パターンは、パッド３０の数、つまりピン数と
半導体チップ１０の面積とを考慮して決められている。

【００８９】パターニングは、以下のようにして行う。
金属薄膜層の上に感光性レジストを塗布し、低弾性率層
２０の表面にピントを合わせて露光し、露光によって所
定のパターン部以外の感光性レジストを硬化させた後
に、該パターン部の感光性レジストを除去する。このよ
うに、低弾性率層２０の表面にピントを合わせて露光す
ることで、低弾性率層２０の表面に微細な金属配線（狭
幅部）を形成することが可能となり、また低弾性率層２
０の上の配線ほど微細でなくてもよい低弾性率層２０の
端部から半導体チップ１０の表面の電極１１に至る部分
の金属配線（広幅部）も同時に露光でき、工程を少なく
できる。

【００９０】その後、電解めっきを使用して、このパタ
ーン部に例えばＣｕからなる大きい膜厚を有する金属層
を形成し、その後、感光性レジストを溶融して除去す
る。その後にエッチング液に浸漬して、金属薄膜層を溶
かし、かつ大きい膜厚を有する金属層を残すことによっ
て、所定の配線パターンを形成する。

【００９１】なお、全面に金属膜を堆積させ、その上に
レジストを塗布し、フォトリソグラフィー技術を使用し
て所定のパターン部の上にエッチングマスク用レジスト
を形成し、このレジストをマスクとして金属層をエッチ
ングすることにより、配線パターンを形成してもよい。

【００９２】次に、図９（ｄ）に示すように、低弾性率
層２０の上に感光性ソルダーレジストを塗布した後に、
フォトリソグラフィー技術を使用して、ランド３２の部
分のみが露出するようにしてソルダーレジスト５０を形
成する。該ソルダーレジスト５０によって、配線パター
ンのうちランド３２以外の部分であるパッド３０と金属
配線３１とが、溶融したはんだから保護される。

【００９３】次に、図９（ｅ）に示すように、はんだ、
はんだめっきされた銅、ニッケル等からなる金属ボール
４０をランド３２の上に載置して、金属ボール４０とラ
ンド３２とを溶融接合する。以上の工程によって、本実
施形態に係る半導体装置を得ることができる。

【００９４】本実施形態の半導体装置の製造方法では、
半導体チップ１０の表面上の電極１１を露出させるため
の低弾性率層２０の開口の端部に段差を設けるのではな
く傾斜させて半導体チップ１０の表面になめらかにつな
がるように形成することにより、金属配線３１を形成し
やすく、また断線しにくい構造を構成することができ
る。

【００９５】なお、本実施形態の説明においては、低弾
性率層２０を形成するために、感光性を有する絶縁材料
を塗布したが、これに限らず、予めフィルム状に形成さ
れた、感光性を有する絶縁材料を使用してもよい。この
場合には、フィルム状の絶縁材料を半導体チップ１０の
上に貼り合わせた後に露光、現像して、半導体チップ１
０の電極１１を露出させることができればよい。

【００９６】さらに、感光性のない絶縁材料も使用でき
る。この場合には、レーザーやプラズマ等の機械的加
工、又はエッチング等の化学的加工によって、半導体チ
ップ１０の電極１１を露出させることができる。

【００９７】なお、金属薄膜層してＴｉ／Ｃｕを使用し
たが、これに代えてＣｒ、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉ等を使用して
もよい。

【００９８】（第５の実施形態の変形形態）次に、第５
の実施形態の半導体装置の製造方法の変形形態について
説明する。本実施形態の半導体装置の構造は、図８に示
す構造と同じであるので説明を省略する。

【００９９】本実施形態では、第５の実施形態における
図９（ａ）に示す工程で、基本的には第５の実施形態に
おける処理と同じ処理を行なうが、本実施形態では、有
機溶剤成分を少なくし、有機溶剤成分の揮発による凹凸
模様の形成は行なわない。

【０１００】そして、第５の実施形態における図９
（ｂ）に示す工程で、乾燥された絶縁材料膜２１に対し
て露光と現像とを順次行なってパターニングし、エッチ
ング法などにより絶縁材料膜表面に凹凸模様を形成す
る。その後、低弾性率層２０を形成し半導体チップ１０
の電極１１を開口させて露出させる。

【０１０１】ただし、エッチング法などによる絶縁材料
膜表面への凹凸模様の形成は、半導体チップ１０の電極
１１を開口させて露出した後に行われてもかまわない。

【０１０２】なお、この変形形態においても、感光性を
有した絶縁材料は液状である必要はなくフィルム状に予
め形成された材料でも構わない。フィルム状の材料を半
導体チップ上に貼りあわせ、露光、現像することで半導
体チップの電極を露出させることができればよい。

【０１０３】なお、上記各実施形態における低弾性率層
の厚みは、１０〜１５０μｍであることが好ましい。

【０１０４】

【発明の効果】請求項１〜１６によれば、半導体装置の
表面上の電極と外部電極端子との間を接続する金属配線
に蛇行部を設けたので、半導体装置の加熱・冷却などに
よって加わる熱応力等の応力を蛇行部で吸収することに
より、金属配線の断線を防止することができ、よって、
信頼性の高い半導体装置の提供を図ることができる。

【０１０５】請求項１７〜２４によれば、半導体装置の
製造方法として、半導体チップ上に凹凸模様を有する低
弾性率層を形成し、その上に金属配線を形成するように
したので、縦方向に蛇行する金属配線を容易に形成する
ことができ、応力の印加に対する断線の防止機能の高い
金属配線を有する信頼性の高い半導体装置を形成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態における半導体装置の構造をソ
ルダーレジストを部分的に開口して示す斜視図である。

【図２】第１の実施形態における全体的に蛇行している
金属配線を有する半導体装置の低弾性率層の端部と半導
体チップの電極との間の部分を拡大して示す部分斜視図
である。

【図３】第１の実施形態における部分的に蛇行している
金属配線を有する半導体装置の低弾性率層の端部と半導
体チップの電極との間の部分を拡大して示す部分斜視図
である。

【図４】第２の実施形態における配線回路シートを備え
た半導体装置の構造をソルダーレジストを全体的に開口
して示す斜視図である。

【図５】第２の実施形態における半導体装置の低弾性率
層の端部と半導体チップの電極との間の領域を拡大して
示す部分斜視図である。

【図６】第３の実施形態に係る凸状低弾性率層を備えた
半導体装置の部分断面図である。

【図７】第４の実施形態における凹凸模様を有する傾斜
部を有する低弾性率層を備えた半導体装置の部分断面図
である。

【図８】第５の実施形態における表面に凹凸模様が形成
された低弾性率層を備えた半導体装置の部分断面図であ
る。

【図９】第５の実施形態における半導体装置の製造工程
を示す断面図である。

【図１０】従来の低弾性率層を備えた半導体装置の断面
図である。

【符号の説明】

１０半導体チップ１１電極２０低弾性率層２０ａ，２０ｂ凸状低弾性率層３０パッド３１配線３２ランド３５配線回路シート４０金属ボール５０ソルダーレジスト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者隈川隆博大阪府高槻市幸町１番１号松下電子工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面上に電極が配置された半導体チップ
と、上記半導体チップ上の電極から延び、少なくとも一回蛇
行した蛇行部を有するように形成された金属配線と、上記金属配線に接続される外部電極端子とを備えている
半導体装置。
【請求項２】請求項１記載の半導体装置において、上記半導体チップの上に形成され、上記電極が配置され
ている領域に開口部を有する低弾性率の絶縁性材料から
なる低弾性率層をさらに備え、上記外部電極端子は、上記低弾性率層の上に形成されて
おり、上記金属配線は、上記低弾性率層と上記半導体チップの
電極とに跨って形成されていることを特徴とする半導体
装置。
【請求項３】請求項２記載の半導体装置において、上記低弾性率層は、上記開口部の端部において低弾性率
層の上面から半導体チップの表面に至るくさび状の傾斜
部を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】請求項２又は３記載の半導体装置におい
て、上記金属配線の蛇行部は、上記低弾性率層の開口部の端
部と上記半導体チップ上の電極との間の部分に形成され
ていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】請求項１〜４のうちいずれか１つに記載
の半導体装置において、上記金属配線のうち相隣り合う金属配線の蛇行部におけ
る蛇行形状が同じであることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】請求項２記載の半導体装置において、上記低弾性率層の開口部の端部から上記半導体チップ上
の電極に至る領域には、少なくとも１つの凸状低弾性率
層がさらに設けられており、上記金属配線は、上記低弾性率層から上記凸状低弾性率
層を経て上記半導体チップ上の電極まで延びており、上記金属配線の蛇行部は、上記凸状低弾性率層の表面に
沿って縦方向に蛇行するように形成されていることを特
徴とする半導体装置。
【請求項７】請求項６記載の半導体装置において、上記凸状低弾性率層は複数個設けられており、上記凸状低弾性率層の高さが、上記半導体チップ上の電
極に近づくにしたがって低くなるように形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】請求項３記載の半導体装置において、上記低弾性率層の傾斜部の表面には凹凸模様が形成され
ており、上記金属配線の蛇行部は、上記低弾性率層の傾斜部の上
で上記凹凸模様に沿って縦方向に蛇行するように形成さ
れていることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】請求項２記載の半導体装置において、上記低弾性率層の表面には凹凸模様が形成されてであ
り、上記金属配線の蛇行部は、上記低弾性率層の上で上記凹
凸模様に沿って縦方向に蛇行するように形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】請求項９記載の半導体装置において、上記低弾性率層の凹凸模様は、微少な波状模様であるこ
とを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】請求項２〜１０のうちいずれか１つに
記載の半導体装置において、上記半導体チップの電極は、半導体チップの外周部に設
けられており、上記低弾性率層は、上記半導体チップの外周部の上方に
開口部を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】請求項２〜１１のうちいずれか１つに
記載の半導体装置において、上記低弾性率層及び金属配線の上で上記外部電極端子の
少なくとも一部を露出させるように形成され、はんだを
はじく特性を有するソルダーレジストをさらに備えてい
ることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】請求項１〜１２のうちいずれか１つに
記載の半導体装置において、柔軟性のある絶縁性シートの上に所定パターンの配線を
設けてなる配線回路シートと、上記配線回路シート上の配線から導出されて上記半導体
チップ上の電極に接続される部分リードとをさらに備
え、上記金属配線は上記配線回路上の配線と上記部分リード
とにより構成されていて、上記金属配線の蛇行部は上記配線回路シートの上に形成
されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】請求項１３記載の半導体装置におい
て、上記金属配線の蛇行部は、上記部分リードにも形成され
ていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】請求項２〜１４のうちいずれか１つに
記載の半導体装置において、上記低弾性率層の厚みが１０μｍ〜１５０μｍであるこ
とを特徴とする半導体装置。
【請求項１６】請求項１〜１５のうちいずれか１つに
記載の半導体装置において、上記外部電極端子の上に形成され、外部電極端子を外部
の接続用端子に接続するための突起状電極をさらに備え
ていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１７】電極を有する半導体チップの上に、表
面に凹凸模様を有する低弾性率の絶縁材料膜を形成する
第１の工程と、上記絶縁材料膜をパターニングして、上記電極の上方の
領域に開口部を有する低弾性率層を形成する第２の工程
と、少なくとも上記低誘電率層の上を含む領域に上記半導体
チップの電極に接続される金属配線を形成する第３の工
程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項１８】請求項１７記載の半導体装置の製造方
法において、上記第１の工程では、有機溶剤成分を含む絶縁材料によ
り上記絶縁材料膜を形成し、この絶縁材料膜を乾燥させ
ることにより上記凹凸模様を形成することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
【請求項１９】請求項１８記載の半導体装置の製造方
法において、上記第１の工程では、３０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の有機溶
剤成分を含む絶縁材料により上記絶縁材料膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】請求項１８記載の半導体装置の製造方
法において、上記第１の工程では、上記低弾性率層を形成した後に、
上記低弾性率層に２ｗｔ％〜２０ｗｔ％の有機溶剤成分
が含まれていることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項２１】請求項１８記載の半導体装置の製造方
法において、上記第２の工程では、上記絶縁材料膜をパターニングし
た後に、低弾性率層に０ｗｔ％〜５ｗｔ％の有機溶剤成
分が含まれていることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項２２】請求項１７記載の半導体装置の製造方
法において、上記第１の工程では、上記絶縁材料膜をパターニングす
ることにより上記凹凸模様を形成することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
【請求項２３】電極を有する半導体チップの上に、低
弾性率の絶縁材料膜を形成する第１の工程と、上記絶縁材料膜をパターニングして、上記電極の上方に
開口部を有する低弾性率層を形成する第２の工程と、上記低弾性率層の上面をパターニングして凹凸模様を形
成する第３の工程と、少なくとも上記低誘電率層の上を含む領域に上記半導体
チップの電極に接続される金属配線を形成する第４の工
程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項２４】請求項１７〜２３のうちいずれか１つ
に記載の半導体装置の製造方法において、上記金属配線を形成した後に、上記低弾性率層の上に感
光性ソルダーレジストを形成し、上記金属配線のうち外
部の接続端子に接続される部分を露出させながら、上記
金属配線を保護するソルダーレジストを形成する工程
と、上記金属配線のうち上記ソルダーレジストから露出して
いる部分の上に突起状電極を溶融接合する工程とをさら
に備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。