JPH11297873A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH11297873A
JPH11297873A JP10101522A JP10152298A JPH11297873A JP H11297873 A JPH11297873 A JP H11297873A JP 10101522 A JP10101522 A JP 10101522A JP 10152298 A JP10152298 A JP 10152298A JP H11297873 A JPH11297873 A JP H11297873A
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pedestal
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semiconductor device
external terminal
forming
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Terunao Hanaoka
輝直 花岡
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 実装の際に半田ボールに作用する剪断応力を
緩和する。 【解決手段】 半導体素子30は、素子本体14の外部
端子に銅からなる台座32が形成してあって、半田ボー
ル18が台座を覆うように設けてある。台座32は、上
面に複数の凸部34と凹部36とを有する。これらの凸
部34と凹部36とは、帯状、市松模様状または同心円
状に形成してあり、半田ボール18との結合面積を大き
くしてある。凸部34は、半田ボール18を溶融して半
導体素地30を基板に実装した際に、半田(半田ボール
18)に作用する剪断応力によって撓んで変形し、剪断
応力の一部を吸収して応力を緩和する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に係
り、特にボールグリッドアレイ(BGA)のように外部
接続端子に半田ボールを固着した半導体装置およびその
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化、小型化が
強く要請されており、チップ程度の大きさのパッケー
ジ、いわゆるチップサイズパッケージ(CSP)の開発
が行なわれている。このような小型のパッケージにおい
ては、多ピン(多端子)化を図るために、半導体素子や
パッケージの能動面に外部接続端子をマトリックス状に
配置し、外部接続端子に半田ボールを固着している。図
7は、半田ボールを有する従来の半導体素子の一部を示
したものである。
【0003】図7おいて、半導体素子10は、素子本体
14の表面の外部接続端子と対応した位置に台座12が
銅の薄層によって形成してある。また、素子本体14の
表面には、台座12の周縁部を覆っているソルダレジス
ト16が設けてある。そして、台座12のソルダレジス
ト16に覆われていない部分には、半田ボール18が固
着してある。
【0004】ところで、CSPなどの半導体装置におい
ては、高集積化、多ピン化を図るために台座12や半田
ボール18の大きさが直径で200〜300μm程度に
制約される。このため、台座12と半田ボール18との
接合面積が小さくなり、両者の結合力が不足して半導体
素子10を基板に実装したときに、半導体チップ10と
実装基板との熱膨張率の相違から半田ボール18に大き
な剪断応力が作用し、半田ボール18が台座12から剥
離する問題を生ずる。そこで、半田ボール18と台座1
2との結合力を高めるために、図8のような構造の端子
が提案されている。
【0005】すなわち、ソルダレジスト16を台座12
に被せずに、台座12とソルダレシズト16との間に間
隙20を形成し、半田ボール18の下部が台座12の側
面を覆うようにし、半田ボール18と台座12との接合
面積を大きくするとともに、実装の際に半田ボール18
に作用する剪断応力を台座12を介して素子本体14に
よって受けるようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した従
来の半導体装置においては、半導体素子10の基板への
実装の際に、半田ボール18に作用する剪断応力を台座
12を介して素子本体14に伝達するようになってい
て、半田ボール18に作用する剪断応力を緩和する構造
を有していいないため、また台座12と半田ボール18
との結合力が充分でないため、半田ボール18にクラッ
クを生じたり、台座12が素子本体14から剥がれた
り、素子本体14が欠けるなどして充分な信頼性を得る
ことができない。
【0007】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、実装の際に半田ボールに作用す
る剪断応力を緩和することを目的としている。
【0008】また、本発明は、半田ボールと台座との結
合力を大きくすることを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る半導体装置は、外部接続端子に半田
ボールを固着した半導体装置において、前記半田ボール
を固着する台座の表面に凸部または凹部を形成した構成
となっている。このように構成した半導体装置は、半田
ボールを溶融して半導体装置を基板に実装したときに、
半導体装置と実装基板との熱膨張率の相違による半田
(半田ボール)に作用する剪断応力により凸部、または
凹部を形成している周囲の凸状部が変形することにより
剪断応力の一部を吸収するため、剪断応力が緩和され、
半田にクラックが生じたり、または台座が剥がれたり半
導体装置に欠けを生じたりするのを防止することができ
る。また、台座に凸部または凹部を形成したことによ
り、台座と半田ボールとの結合面積(接触面積)を大き
くなって両者の結合力が大きくなるとともに、半田に作
用する剪断応力を分散することができ、半田にクラック
などが生ずるのを防止することができる。
【0010】凸部または凹部を複数設けることにより、
台座と半田ボールとの結合面積をより大きくなって両者
の結合力を高めることができる。複数の凸部を剣山状
に、すなわち凸部のアスペクトを大きくすると、半田に
作用する剪断応力によって凸部が容易に撓むため、剪断
応力の緩和効果をより大きくすることができる。また、
台座を茸状に形成すると、台座全体が撓んで半田に作用
する剪断応力を緩和することができるばかりでなく、台
座に傘部が形成されるため、剪断応力によって半田が台
座から剥離するようなことがない。
【0011】そして、上記の半導体装置を製造する方法
は、外部端子を有する能動面に導電性金属層を形成する
工程と、前記金属層の上に第1のレジスト膜を設けてパ
ターニングし、前記外部端子に対応した部分以外の前記
金属層を露出させる工程と、前記金属層の露出部をエッ
チングして除去したのち、第1のレジスト膜を取り去る
外部端子位置に前記金属層からなる台座を形成する工程
と、前記能動面の上部に第2のレジスト膜を設けてパタ
ーニングし、前記台座の上の一部にのみ前記第2のレジ
スト膜を残す工程と、前記台座をハーフエッチングした
のち、第2のレジスト膜を除去して台座の上面に凸部ま
たは凹部を形成する工程と、前記台座を覆って半田ボー
ルを設ける工程と、を有する構成にしてある。これによ
り、台座の上面に凹凸が形成され、台座と半田ボールと
の接触面積が大きくなって両者の結合力を向上できると
ともに、実装時に半田に作用する剪断能力を緩和するこ
とができる。
【0012】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、外部端子を有する能動面に導電性金属層を形成する
工程と、前記金属層の上に第1のレジスト膜を設けてパ
ターニングし、前記外部端子と対応した部分の一部にの
み第1のレジスト膜を残す工程と、前記金属層をハーフ
エッチングしたのち、前記第1のレジスト膜を除去する
工程と、前記能動面の上部に第2のレジスト膜を設けて
パターニングし、前記外部端子に対応した部分以外の前
記金属層を露出させる工程と、前記金属層の露出部をエ
ッチングして除去したのち、第2のレジスト膜を取り去
って外部端子位置に凸部または凹部を有する台座を形成
する工程と、前記台座を覆って半田ボールを設ける工程
と、を有する構成にした。
【0013】さらに、本発明に係る半導体装置の製造方
法は、外部端子を有する能動面に導電性金属薄膜を形成
する工程と、前記金属薄膜の上に第1のレジスト膜を設
けてパターニングし、前記外部端子に対応した部分の前
記金属薄膜を露出させる工程と、前記金属薄膜の露出部
に導電性金属を堆積して金属堆積層を形成したのち、前
記第1のレジスト膜を除去する工程と、前記能動面の上
部に第2のレジスト膜を形成してパターニングし、前記
金属堆積層の一部にのみ前記第2のレジスト膜を残す工
程と、前記金属堆積層の露出部をハーフエッチングする
とともに、前記金属薄膜の露出部をエッチングして除去
したのち、前記第2のレジスト膜を取り去って外部端子
位置に凸部または凹部を有する台座を形成する工程と、
前記台座を覆って半田ボールを設ける工程と、を有する
構成となっている。
【0014】さらに、本発明に係る半導体装置の製造方
法は、外部端子を有する能動面に導電性金属薄膜を形成
する工程と、前記金属薄膜の上に第1のレジスト膜を設
けてパターニングし、前記外部端子に対応した部分以外
の前記金属薄膜を露出させる工程と、前記金属薄膜の露
出部をエッチングして除去したのち、前記第1のレジス
ト膜を取り除く工程と、前記能動面の上部に第2のレジ
スト膜を設けてパターニングし、前記外部端子と対応し
た位置の前記金属薄膜を露出させる工程と、露出させた
前記金属薄膜の上に導電性金属を前記第2のレジスト膜
の上部までメッキしたのち、第2のレジスト膜を除去し
て外部端子位置にメッキした前記導電性金属による台座
を形成する工程と、前記台座を覆って半田ボールを設け
る工程と、を有する構成にしてある。これにより、茸状
の台座を形成することができ、台座と半田ボールとの結
合力を高めることができ、また実装時における半田に作
用する剪断応力の緩和とことができる。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明に係る半導体装置およびそ
の製造方法の好ましい実施の形態を、添付図面に従って
詳細に説明する。
【0016】図1は、本発明の実施の形態に係る半導体
装置の要部説明図であって、(a)はその断面図、
(b)は台座の平面図であり、(C)、(d)はそれぞ
れ台座に形成した凹凸の他の例を示す平面図である。
【0017】図1(a)において、半導体装置となる半
導体素子30は、能動面の外部端子に銅からなる台座3
2が形成してあるとともに、台座32の周囲にソルダレ
ジスト16が設けてあって、台座32とソルダレジスト
16との間に間隙20が形成されている。そして、台座
32には、上面と側面とを覆うように半田ボール18が
固着してある。また、台座32は、上面に複数の凸部3
4が形成してあって、半田ボール18との接触面積(結
合面積)が大きくしてある。凸部34と、凸部間の凹部
36とは、同図(b)に示したように、帯状に形成して
ある。そして、この実施の形態の場合、台座32の直径
が200〜300μm程度の大きさとなっていて、凸部
34と凹部36とは、幅が同じに形成してあって、幅の
寸法が20〜50μmにしてある。
【0018】このように構成した実施の形態において
は、リフロー炉などによって半田ボールを溶融して半導
体素子30を図示しない実装基板に実装した場合、冷却
時に半導体素子30と実装基板との熱膨張率の相違によ
って半田(半田ボール18)に剪断応力が作用すると、
凸部34が撓み変形して剪断応力の一部を吸収し、剪断
応力を緩和する。このため、半田にクラックが発生した
り、台座32が素子本体14から剥がれたり、素子本体
14が欠けたりするのを防止することができる。しか
も、台座32の上面に複数の凹凸を設けたことにより、
台座32と半田ボール18との結合面積を大幅に大きく
なって両者の結合力が増し、半田が剥離するなどの事故
をなくすことができるばかりでなく、半田に作用する剪
断応力を分散でき、半田にクラックが生ずるのを防止で
きる。
【0019】なお、台座32に形成する凸部34(また
は凹部36)は、同図(c)に示したように市松模様状
に形成してもよいし、同図(d)に示したように同心円
状に形成してもよい。そして、前記実施の形態において
は、半導体素子30の外部端子に凹凸を有する台座32
を設けた場合について説明したが、BGAなどのパッケ
ージの外部接続端子に対しても適用することができる。
【0020】図2(a)〜(d)は、台座の他の実施形
態の示したものである。図2(a)に示した台座40
は、上面の中心部に円柱状の凸部42が形成してある。
この台座40においては、半田に剪断応力が作用する
と、中心部の凸部42が撓んで剪断応力の一部を吸収し
て応力を緩和する。さらに、同図(b)に示した台座4
4は、上面の中央部が凹部46となっていて、周縁部が
凸部48となっている。そして、この台座44は、半田
に剪断応力が作用すると、周縁部の凸部48が変形して
剪断応力を吸収、緩和する。
【0021】図2(c)に示した台座50は、軸部52
と軸部52の上部に傘部54とを有する茸状に形成して
ある。この台座50は、全体が撓むことによって剪断応
力を緩和する。なお、台座50は、詳細を後述するよう
に、メッキによって容易に形成することができる。
【0022】図2(d)に示した台座60は、凹部62
と凸部64とを交互に形成するとともに、凹部62を深
く形成してアスペクト比を大きくし、いわゆる剣山状に
形成したものである。この台座60は、実施の形態の場
合、直径Dが200〜300μmであって、素子本体1
4の表面からの基部66の高さhが5〜20μm、凸部
64の高さ(凹部62の深さ)Hが20〜100μm、
凸部64の一辺の長さLが20〜50μmに形成してあ
る。これにより、凸部64が半田に作用する剪断応力に
よって容易に撓むため、大きな応力緩和効果を得ること
ができる。
【0023】図3は、上記した半導体素子30の製造方
法の実施形態の一例を示した説明図である。まず、同図
(a)に示したように、素子本体14の能動面に銅層7
0を堆積する。この銅層70は、実施の形態の場合、素
子本体14の表面にスパッタリングにより1000〜7
000オングストローム程度の銅の薄膜を形成したの
ち、銅の薄膜の上に銅メッキを所定の厚さ堆積したもの
で、全体として50〜100μm程度の厚さを有してい
る。
【0024】その後、銅層70の表面に第1のレジスト
膜であるフォトレジスト72を塗布し、パターニングし
て素子の外部端子に対応した台座を形成する部分以外の
フォトレジスト72を除去して銅層70を露出させる
(同図(b))。次に、露出させた銅層70をエッチン
グして銅からなる台座32を形成したのち(同図
(c))、台座32の上に残っていたフォトレジスト7
2を除去する(同図(d))。さらに、図3(e)に示
したように、素子本体14の上部に第2のレジスト膜で
あるフォトレジスト74を塗布してパターニングし、台
座32の上の凸部を形成する部分にだけフォトレジスト
74を残す。その後、台座32をハーフエッチングして
凹部36を所定の深さに形成し、フォトレジスト74を
除去して上面に凸部34と凹部36とが形成された台座
32にする(同図(f))。次に、同図(g)に示した
ように、台座32を覆って半田ボール18を設けて半導
体素子30とする。
【0025】なお、必要に応じて台座32のと素子本体
14との間に、クロム(Cr)やチタン(Ti)、チタ
ン−タングステン合金(TiW)、またはニッケル(N
i)などのバリアメタルを設けることができる。
【0026】図4は、製造方法の他の実施形態を示した
ものである。この製造方法は、まず素子本体14の表面
に前記と同様にして銅層70を所定の厚さ堆積したのち
(図4(a))、銅層70の表面に第1のレジスト膜で
あるフォトレジスト72を塗布してパターニングし、台
座の凸部に対応した部分のフォトレジスト72のみを残
す(同図(b))。その後、銅層70の露出している部
分をハーフエッチングしたのち、残っているフォトレジ
スト72を除去して台座を設ける位置に凸部34と凹部
36とを形成する(同図(c))。次に、同図(d)に
示したように、銅層70の表面に第2のレジスト膜とな
るフォトレジスト74を塗布し、パターニングして台座
を形成する部分以外のフォトレジスト74を除去して銅
層70を露出させる。次に、露出した銅層70をエッチ
ングして除去したのち、台座形成部のフォトレジスト7
4を除去して凹凸を有する台座32を形成する(同図
(e))。その後、同図(f)に示したように、台座3
2を覆って半田ボール18を設ける。
【0027】図5は、さらに他の実施の形態に係る半導
体装置の製造方法を示したものである。この製造方法
は、図5(a)に示したように、まず素子本体14の表
面にスパッタリングによって銅の薄膜76を形成する。
この銅薄膜76の厚さは、1000〜7000オングス
トロームであってよい。その後、銅薄膜76の上にフォ
トレジスト72を塗布してパターニングし、台座を形成
する位置のフォトレジスト72を除去する(同図
(b))。さらに、同図(c)に示したように、フォト
レジスト72を除去した部分に銅をメッキしてメッキ層
78を形成したのち、フォトレジスト72を除去する
(同図(d))。
【0028】次に、図5(e)に示したように、素子本
体14の上部にフォトレジスト74を塗布してパターニ
ングし、銅メッキ層78に形成する凸部に対応した部分
にのみフォトレジスト74を残す。そして、露出してい
る銅薄膜76をエッチングして除去するとともに、銅メ
ッキ層78をハーフエッチングしたのち、銅メッキ層7
8上のフォトレジスト74を除去し、上面に凸部34と
凹部36とを有する台座32を形成する(同図
(f))。その後、前記と同様にして台座32を覆って
半田ボール18を設けて半導体素子30を完成させる。
【0029】図6は、茸状の台座を有する半導体装置の
製造方法の実施形態を示したものである。まず、図6
(a)に示したように、素子本体14の表面にスパッタ
リングによって銅の薄膜76を形成する。次に、銅薄膜
76の上に第1のレジスト膜となるフォトレジスト72
を塗布してパターニングし、素子本体14の外部端子と
対応した部分以外の銅薄膜76を露出させる(同図
(b))。その後、同図(c)に示したように、銅薄膜
76の露出部をエッチングして除去したのち、外部端子
との対応位置に残したフォトレジスト膜72を除去す
る。さらに、素子本体14の上部に第2のレジスト膜と
なるフォトレジスト74を塗布してパターニングし、銅
薄膜76上部のフォトレジスト74を除去して銅薄膜7
6を露出させる(同図(d))。
【0030】次に、露出させた銅薄膜76の上に銅のメ
ッキを施して銅メッキ層80を形成する(図6
(e))。この銅メッキ層80は、図に示されているよ
うに、フォトレジスト74の上部に盛り上がるまで行な
う。これにより、銅メッキ層80は、フォトレジスト7
4の上面の孔82の周囲に広がって茸状になる。そし
て、銅のメッキ層80が茸状に形成されたならば、洗
浄、乾燥したのち、フォトレジスト74を除去し、茸状
の台座50を形成する。その後、台座50を覆って半田
ボール18を設ける。
【0031】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、半田ボールを固着する台座に凸部または凹部を設け
たことにより、半田ボールを溶融して半導体装置を基板
に実装したときに、半導体装置と実装基板との熱膨張率
の相違による半田(半田ボール)に作用する剪断応力に
より凸部、または凹部を形成している周囲の凸状部が変
形して剪断応力の一部を吸収するため、剪断応力が緩和
され、半田にクラックが生じたり、または台座が剥がれ
たり半導体装置に欠けを生じたりするのを防止すること
ができる。また、台座に凸部または凹部を形成したこと
により、台座と半田ボールとの結合面積(接触面積)を
大きくなって両者の結合力が大きくなるとともに、半田
に作用する剪断応力を分散することができ、半田にクラ
ックなどが生ずるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る半導体装置の要部説
明図である。
【図2】本発明の他の実施形態に係る台座の説明図であ
る。
【図3】実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例
を示す説明図である。
【図4】他の実施形態に係る半導体装置の製造方法の説
明図である。
【図5】さらに他の実施の形態に係る半導体装置の製造
方法の説明図である。
【図6】実施の形態に係る茸状台座を有する半導体装置
の製造方法の説明図である。
【図7】従来の半田ボールを有する半導体素子の要部説
明図である。
【図8】半田ボールを設けた従来の他の半導体素子の要
部説明図である。
【符号の説明】
14 素子本体 18 半田ボール 30 半導体素子 32 台座 34 凸部 36 凹部 40、44、50、60 台座 42、48、64 凸部 46、62 凹部

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部接続端子に半田ボールを固着した半
    導体装置において、前記半田ボールを固着する台座の表
    面に凸部または凹部を形成したことを特徴とする半導体
    装置。
  2. 【請求項2】 前記凸部または前記凹部は、複数設けて
    あることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記複数の凸部は、剣山状に形成してあ
    ることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記台座は、茸状に形成してあることを
    特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 外部端子を有する能動面に導電性金属層
    を形成する工程と、前記金属層の上に第1のレジスト膜
    を設けてパターニングし、前記外部端子に対応した部分
    以外の前記金属層を露出させる工程と、 前記金属層の露出部をエッチングして除去したのち、第
    1のレジスト膜を取り去る外部端子位置に前記金属層か
    らなる台座を形成する工程と、 前記能動面の上部に第2のレジスト膜を設けてパターニ
    ングし、前記台座の上の一部にのみ前記第2のレジスト
    膜を残す工程と、 前記台座をハーフエッチングしたのち、第2のレジスト
    膜を除去して台座の上面に凸部または凹部を形成する工
    程と、 前記台座を覆って半田ボールを設ける工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 外部端子を有する能動面に導電性金属層
    を形成する工程と、 前記金属層の上に第1のレジスト膜を設けてパターニン
    グし、前記外部端子と対応した部分の一部にのみ第1の
    レジスト膜を残す工程と、 前記金属層をハーフエッチングしたのち、前記第1のレ
    ジスト膜を除去する工程と、 前記能動面の上部に第2のレジスト膜を設けてパターニ
    ングし、前記外部端子に対応した部分以外の前記金属層
    を露出させる工程と、 前記金属層の露出部をエッチングして除去したのち、第
    2のレジスト膜を取り去って外部端子位置に凸部または
    凹部を有する台座を形成する工程と、 前記台座を覆って半田ボールを設ける工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 外部端子を有する能動面に導電性金属薄
    膜を形成する工程と、 前記金属薄膜の上に第1のレジスト膜を設けてパターニ
    ングし、前記外部端子に対応した部分の前記金属薄膜を
    露出させる工程と、 前記金属薄膜の露出部に導電性金属を堆積して金属堆積
    層を形成したのち、前記第1のレジスト膜を除去する工
    程と、 前記能動面の上部に第2のレジスト膜を形成してパター
    ニングし、前記金属堆積層の一部にのみ前記第2のレジ
    スト膜を残す工程と、 前記金属堆積層の露出部をハーフエッチングするととも
    に、前記金属薄膜の露出部をエッチングして除去したの
    ち、前記第2のレジスト膜を取り去って外部端子位置に
    凸部または凹部を有する台座を形成する工程と、 前記台座を覆って半田ボールを設ける工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 外部端子を有する能動面に導電性金属薄
    膜を形成する工程と 、前記金属薄膜の上に第1のレジスト膜を設けてパター
    ニングし、前記外部端子に対応した部分以外の前記金属
    薄膜を露出させる工程と、 前記金属薄膜の露出部をエッチングして除去したのち、
    前記第1のレジスト膜を取り除く工程と、 前記能動面の上部に第2のレジスト膜を設けてパターニ
    ングし、前記外部端子と対応した位置の前記金属薄膜を
    露出させる工程と、 露出させた前記金属薄膜の上に導電性金属を前記第2の
    レジスト膜の上部までメッキしたのち、第2のレジスト
    膜を除去して外部端子位置にメッキした前記導電性金属
    による台座を形成する工程と、 前記台座を覆って半田ボールを設ける工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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