JP2000323628A - 半導体装置とその製造方法、およびこれを用いた電子機器 - Google Patents
半導体装置とその製造方法、およびこれを用いた電子機器Info
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/20—Bump connectors, e.g. solder bumps or copper pillars; Dummy bumps; Thermal bumps
Landscapes
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】実装基板との熱膨張差によって生じる応力を確
実に緩和する低コストな半導体装置およびその製造方法
を提供する。 【解決手段】本発明では、半導体素子表面のパッシベー
ション膜上に少なくとも1層以上の樹脂層を設け、前記
樹脂層内部および/または前記樹脂層表面に、前記半導
体素子電極部に接続された所望形状の導体層を有してい
る半導体装置において、前記樹脂層を少なくとも2層以
上の複数層で構成して、薄膜配線構造体として要求され
る諸特性を各々の層で分担させる。薄膜配線構造体に要
求される機能は様々であるが、少なくとも応力緩和機能
を有する応力緩和樹脂層と耐熱性を有する耐熱性樹脂層
とを含む機能分離多層膜構造であるように工夫すること
により、応力緩和機能とプロセス整合性とを両立させる
ことができる。
実に緩和する低コストな半導体装置およびその製造方法
を提供する。 【解決手段】本発明では、半導体素子表面のパッシベー
ション膜上に少なくとも1層以上の樹脂層を設け、前記
樹脂層内部および/または前記樹脂層表面に、前記半導
体素子電極部に接続された所望形状の導体層を有してい
る半導体装置において、前記樹脂層を少なくとも2層以
上の複数層で構成して、薄膜配線構造体として要求され
る諸特性を各々の層で分担させる。薄膜配線構造体に要
求される機能は様々であるが、少なくとも応力緩和機能
を有する応力緩和樹脂層と耐熱性を有する耐熱性樹脂層
とを含む機能分離多層膜構造であるように工夫すること
により、応力緩和機能とプロセス整合性とを両立させる
ことができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はLSIを基板上に搭
載して機能させる電子機器全般に関する配線基板(回路
基板)の構造およびその製造方法に関する。特に、高密
度実装に適した半導体素子や接続信頼性を向上させたチ
ップサイズパッケージの構造およびそれらの製造方法に
関する。
載して機能させる電子機器全般に関する配線基板(回路
基板)の構造およびその製造方法に関する。特に、高密
度実装に適した半導体素子や接続信頼性を向上させたチ
ップサイズパッケージの構造およびそれらの製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】LSIを配線基板に直接接続する方法と
しては、ワイヤーボンド(WB)やテープオートメーテ
ィッドボンド(TAB)などの方式が主流であった。こ
れらの方式では、柔軟性があって塑性変形しやすいAu
細線などを用いてLSIの外部接続端子と配線基板上の
接続電極との間を接続するところに特徴がある。このよ
うな塑性変形しやすい接続部を持つことによって、接続
時および接続後の熱工程におけるLSIと配線基板との
熱膨張差は接続部の変形によって吸収され、高い接続信
頼性が確保できる(第1の従来技術)。
しては、ワイヤーボンド(WB)やテープオートメーテ
ィッドボンド(TAB)などの方式が主流であった。こ
れらの方式では、柔軟性があって塑性変形しやすいAu
細線などを用いてLSIの外部接続端子と配線基板上の
接続電極との間を接続するところに特徴がある。このよ
うな塑性変形しやすい接続部を持つことによって、接続
時および接続後の熱工程におけるLSIと配線基板との
熱膨張差は接続部の変形によって吸収され、高い接続信
頼性が確保できる(第1の従来技術)。
【0003】しかしながら、上記第1の従来技術では、
その接続方法そのものに起因してLSIの外部接続端子
はLSIの4辺に配置する以外にはなく、LSIの接続
端子数増大には十分に対応できないという問題がある。
その接続方法そのものに起因してLSIの外部接続端子
はLSIの4辺に配置する以外にはなく、LSIの接続
端子数増大には十分に対応できないという問題がある。
【0004】上記第1の従来技術の問題を解決するため
に、LSIの外部接続端子をエリアアレイ状に配置する
とともに、LSIの外部接続端子と配線基板上の接続電
極との間をはんだボールで接続する方法が提案されてい
る(第2の従来技術)。
に、LSIの外部接続端子をエリアアレイ状に配置する
とともに、LSIの外部接続端子と配線基板上の接続電
極との間をはんだボールで接続する方法が提案されてい
る(第2の従来技術)。
【0005】上記第2の従来技術では、LSIと配線基
板とをエリアアレイ配列の微小なはんだボールのみで直
接接続するため、接続端子数が増大しても実装面積を増
やさずに済むというメリットがある。
板とをエリアアレイ配列の微小なはんだボールのみで直
接接続するため、接続端子数が増大しても実装面積を増
やさずに済むというメリットがある。
【0006】しかしながら、上記第2の従来技術ではL
SIと配線基板との熱膨張差を微細なはんだボールのみ
で吸収させる構造であるため、接続部の信頼性は必ずし
も高くはない。LSIと配線基板との熱膨張差が大きい
場合には、はんだボールの塑性変形限界以上の変位を受
けて接続部が破壊されたり、あるいは塑性変形限界以下
のわずかな変位であっても変形を繰り返すことによって
疲労破壊が起こったりするからである。
SIと配線基板との熱膨張差を微細なはんだボールのみ
で吸収させる構造であるため、接続部の信頼性は必ずし
も高くはない。LSIと配線基板との熱膨張差が大きい
場合には、はんだボールの塑性変形限界以上の変位を受
けて接続部が破壊されたり、あるいは塑性変形限界以下
のわずかな変位であっても変形を繰り返すことによって
疲労破壊が起こったりするからである。
【0007】上記第2の従来技術の欠点を改良して接続
部の信頼性を高める技術として、LSIと配線基板との
間の空間にアンダーフィルレジンと呼ばれる樹脂を注入
・硬化させてLSIと実装基板とを固着(以下LSI基
板固着体)する方法がある。この技術によれば、LSI
と実装基板とを固着したことによって熱応力をLSI基
板固着体全体に分散させてはんだ接合部に生じる歪み量
を平均化し、接合部位の破壊を防止することができる
(第3の従来技術)。
部の信頼性を高める技術として、LSIと配線基板との
間の空間にアンダーフィルレジンと呼ばれる樹脂を注入
・硬化させてLSIと実装基板とを固着(以下LSI基
板固着体)する方法がある。この技術によれば、LSI
と実装基板とを固着したことによって熱応力をLSI基
板固着体全体に分散させてはんだ接合部に生じる歪み量
を平均化し、接合部位の破壊を防止することができる
(第3の従来技術)。
【0008】しかしながら、上記第3の従来技術ではア
ンダーフィルをLSIと基板との間の僅かな隙間から充
填するため、充填に長時間がかかったり、全体に均一に
充填されなかったり、あるいは、ボイドが発生したりす
るという問題(アンダーフィル充填不良)が発生する
(第3の従来技術における第1の課題)。
ンダーフィルをLSIと基板との間の僅かな隙間から充
填するため、充填に長時間がかかったり、全体に均一に
充填されなかったり、あるいは、ボイドが発生したりす
るという問題(アンダーフィル充填不良)が発生する
(第3の従来技術における第1の課題)。
【0009】また、これまではんだ接合部の塑性変形の
形で逃がしていた沿面方向の熱応力がLSI基板固着体
に全体に作用する結果として、LSI基板固着体をその
膜厚方向にも変形させ、固着体全体が反るという現象が
起こる。この変形により、基板内配線が断線しやすくな
ったり、あるいはLSI内の素子特性が変動するという
問題が発生する場合がある(第3の従来技術における第
2の課題)。
形で逃がしていた沿面方向の熱応力がLSI基板固着体
に全体に作用する結果として、LSI基板固着体をその
膜厚方向にも変形させ、固着体全体が反るという現象が
起こる。この変形により、基板内配線が断線しやすくな
ったり、あるいはLSI内の素子特性が変動するという
問題が発生する場合がある(第3の従来技術における第
2の課題)。
【0010】さらに、アンダーフィル充填不良(第3の
従来技術における第1の課題)を低減させるために、各
LSIチップの形状、寸法によってそれぞれに別々の条
件で充填作業を行うため、基板上に多数個のLSIを実
装する場合には、操作が繁雑になるという問題もある
(第3の従来技術における第3の課題)。
従来技術における第1の課題)を低減させるために、各
LSIチップの形状、寸法によってそれぞれに別々の条
件で充填作業を行うため、基板上に多数個のLSIを実
装する場合には、操作が繁雑になるという問題もある
(第3の従来技術における第3の課題)。
【0011】上記第3の従来技術の課題を解決するため
に、特開平10-125705号公報では圧縮成型法によって封
止樹脂を充填する技術を提案している(第4の従来技
術)。
に、特開平10-125705号公報では圧縮成型法によって封
止樹脂を充填する技術を提案している(第4の従来技
術)。
【0012】この技術では、LSIと実装基板とを金型
内に装着して樹脂を圧縮成型するので、アンダーフィル
充填不良(第3の従来技術における第1の課題)は発生
しない。
内に装着して樹脂を圧縮成型するので、アンダーフィル
充填不良(第3の従来技術における第1の課題)は発生
しない。
【0013】しかしながら、はんだ接合部を包み込むよ
うに剛直な樹脂で固定することによって熱応力をLSI
基板固着体全体に分散させるという観点では上記第3の
従来技術と同じであり、個々のはんだボールかかる熱応
いずれかに記載の半導体装置力は低減されるものの、上
記第3の従来技術における第2の課題に対してはなんら
の解決にもなっていない。
うに剛直な樹脂で固定することによって熱応力をLSI
基板固着体全体に分散させるという観点では上記第3の
従来技術と同じであり、個々のはんだボールかかる熱応
いずれかに記載の半導体装置力は低減されるものの、上
記第3の従来技術における第2の課題に対してはなんら
の解決にもなっていない。
【0014】上記第2及び第3の従来技術の課題を解決
する別種の技術として、特開平10-092865号公報ではL
SIのパッシベーション膜上に樹脂層−配線層−樹脂層
からなる薄膜配線を形成した後に、この薄膜配線に設け
た接続電極(パッケージ電極)と実装基板上の接続電極
とを接続することを提案している(第5の従来技術)。
する別種の技術として、特開平10-092865号公報ではL
SIのパッシベーション膜上に樹脂層−配線層−樹脂層
からなる薄膜配線を形成した後に、この薄膜配線に設け
た接続電極(パッケージ電極)と実装基板上の接続電極
とを接続することを提案している(第5の従来技術)。
【0015】上記第5の従来技術における第1の特徴
は、LSIと実装基板との間の接合部がはんだボールと
薄膜配線とからなり、該薄膜配線の周囲には樹脂層が配
置された構造になっていることにある。このような構造
を取ることによって、LSIと配線基板との熱膨張差を
はんだボールと薄膜配線とに分散し、樹脂層が応力や衝
撃を吸収するので、はんだボール破断(第2の従来技術
の課題)を防止できる。さらに、LSIと実装基板とを
固着するわけではないのでLSIや実装基板の変形(第
3の従来技術における第2の課題)を抑制できる。
は、LSIと実装基板との間の接合部がはんだボールと
薄膜配線とからなり、該薄膜配線の周囲には樹脂層が配
置された構造になっていることにある。このような構造
を取ることによって、LSIと配線基板との熱膨張差を
はんだボールと薄膜配線とに分散し、樹脂層が応力や衝
撃を吸収するので、はんだボール破断(第2の従来技術
の課題)を防止できる。さらに、LSIと実装基板とを
固着するわけではないのでLSIや実装基板の変形(第
3の従来技術における第2の課題)を抑制できる。
【0016】上記第5の従来技術における第2の特徴
は、LSIを個片に切断する前にパッシベーション膜上
に第1樹脂層−配線層−第2樹脂層からなる薄膜配線を
形成することにある。このような製造工程を経ることに
よって、複数個のLSIチップをウェハ上で一括処理で
きるうえ、LSIチップを個片に切り離した後に個々の
LSIチップにアンダーフィルを充填する(第3の従来
技術における第3の課題)必要もない。
は、LSIを個片に切断する前にパッシベーション膜上
に第1樹脂層−配線層−第2樹脂層からなる薄膜配線を
形成することにある。このような製造工程を経ることに
よって、複数個のLSIチップをウェハ上で一括処理で
きるうえ、LSIチップを個片に切り離した後に個々の
LSIチップにアンダーフィルを充填する(第3の従来
技術における第3の課題)必要もない。
【0017】これまでに述べたことから、上記第5の従
来技術はそれ以前の第1から第4の従来技術の課題をほ
ぼ解決できることがわかった。
来技術はそれ以前の第1から第4の従来技術の課題をほ
ぼ解決できることがわかった。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らはチップと
基板との接続信頼性の問題を根本的に解決し、接続信頼
性の良い高密度実装対応のチップとチップ製造技術を低
コストで提供することを目指して独自に検討したとこ
ろ、上記第5の従来技術には以下の(1)〜(7)に列
挙する課題があってさらに工夫が必要であることがわか
った。
基板との接続信頼性の問題を根本的に解決し、接続信頼
性の良い高密度実装対応のチップとチップ製造技術を低
コストで提供することを目指して独自に検討したとこ
ろ、上記第5の従来技術には以下の(1)〜(7)に列
挙する課題があってさらに工夫が必要であることがわか
った。
【0019】(1)パッシベーション膜上に形成する第
1樹脂層に半導体素子電極部を露出させるための開口部
を形成する工程がエッチングである。特開平10-092865
号公報では、第1樹脂層がポリイミド系樹脂、エポキシ
系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれかであると述べられ
ているが、これらはいずれも熱硬化性樹脂であって耐薬
品性も高いためエッチング除去は容易でない。
1樹脂層に半導体素子電極部を露出させるための開口部
を形成する工程がエッチングである。特開平10-092865
号公報では、第1樹脂層がポリイミド系樹脂、エポキシ
系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれかであると述べられ
ているが、これらはいずれも熱硬化性樹脂であって耐薬
品性も高いためエッチング除去は容易でない。
【0020】(2)第1樹脂層をエッチング除去できる
条件に対しては、一般的に使用されるエッチングレジス
トは耐性を持たない。従って、所望の開口部を有する第
1樹脂層を形成するには、レジストを第1樹脂層よりも
かなりの程度厚く形成するか、多層レジスト法を用いる
か、特別な材質のエッチングレジストを使用するなど、
煩雑で長時間・高コストを要する。
条件に対しては、一般的に使用されるエッチングレジス
トは耐性を持たない。従って、所望の開口部を有する第
1樹脂層を形成するには、レジストを第1樹脂層よりも
かなりの程度厚く形成するか、多層レジスト法を用いる
か、特別な材質のエッチングレジストを使用するなど、
煩雑で長時間・高コストを要する。
【0021】(3)第1絶縁層をエッチングで形成する
ため、開口部の断面は上端が広がることは避けられな
い。開口部上端が拡がっていると隣の開口部との間の距
離が狭まり、絶縁不良や短絡を起こしやすくなるうえ、
エッチングレジストのフォトリソグラフィ工程での位置
精度要求が厳しくなるという問題もある。
ため、開口部の断面は上端が広がることは避けられな
い。開口部上端が拡がっていると隣の開口部との間の距
離が狭まり、絶縁不良や短絡を起こしやすくなるうえ、
エッチングレジストのフォトリソグラフィ工程での位置
精度要求が厳しくなるという問題もある。
【0022】(4)上記(1)〜(3)の問題を抑制す
るためには第1樹脂層膜厚をごく薄くする必要がある
が、第1樹脂層を薄くすると発明の初期目的である薄膜
配線層(および樹脂層)の応力緩和機能が期待できな
い。
るためには第1樹脂層膜厚をごく薄くする必要がある
が、第1樹脂層を薄くすると発明の初期目的である薄膜
配線層(および樹脂層)の応力緩和機能が期待できな
い。
【0023】(5)特開平10-092865号公報では第1樹
脂層、第2樹脂層、(およびポリイミド樹脂層)によっ
て応力が緩和すると述べている。しかしながら、LSI
(Si)や配線(Cu)の弾性係数は樹脂系材料と比べ
て凡そ100倍程度大きい。従って、これら樹脂層が存
在してもLSIや配線の沿面方向の熱膨張量への影響は
わずかであって、本公報で提案されている技術だけでL
SIと実装基板との熱膨張差は縮まらない。
脂層、第2樹脂層、(およびポリイミド樹脂層)によっ
て応力が緩和すると述べている。しかしながら、LSI
(Si)や配線(Cu)の弾性係数は樹脂系材料と比べ
て凡そ100倍程度大きい。従って、これら樹脂層が存
在してもLSIや配線の沿面方向の熱膨張量への影響は
わずかであって、本公報で提案されている技術だけでL
SIと実装基板との熱膨張差は縮まらない。
【0024】(6)逆に、薄膜配線層の下部に第1樹脂
層を形成したことにより、線膨張係数が配線層よりも数
倍大きな第1樹脂層がパッケージ電極を押し上げる膜厚
方向の応力が発生して配線層が断線しやすくなるという
新たな課題が発生する。
層を形成したことにより、線膨張係数が配線層よりも数
倍大きな第1樹脂層がパッケージ電極を押し上げる膜厚
方向の応力が発生して配線層が断線しやすくなるという
新たな課題が発生する。
【0025】(7)上記(1)〜(6)で明らかなよう
に、発明の初期目的を達成するためには薄膜配線層に使
用する第1樹脂層や第2樹脂層は特定の膜厚、線膨張係
数、断面形状でなければならず、プロセスと整合する特
定範囲の物性値(耐熱性、加工性)をも有している必要
がある。
に、発明の初期目的を達成するためには薄膜配線層に使
用する第1樹脂層や第2樹脂層は特定の膜厚、線膨張係
数、断面形状でなければならず、プロセスと整合する特
定範囲の物性値(耐熱性、加工性)をも有している必要
がある。
【0026】本発明の目的は、第5の従来技術の課題を
解決して実装基板との熱膨張差によって生じる応力を確
実に緩和する低コストな半導体装置およびその製造方法
を提供することにある。
解決して実装基板との熱膨張差によって生じる応力を確
実に緩和する低コストな半導体装置およびその製造方法
を提供することにある。
【0027】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本願発明では、半導体素子表面のパッシベーション
膜上に少なくとも1層以上の樹脂層を設け、前記樹脂層
内部および/または前記樹脂層表面に、前記半導体素子
電極部に接続された所望形状の導体層を有している半導
体装置において、前記樹脂層を少なくとも2層以上の複
数層で構成して、薄膜配線構造体として要求される諸特
性を各々の層で分担させることを提案する。薄膜配線構
造体に要求される機能は様々であるが、少なくとも応力
緩和機能を有する応力緩和樹脂層と耐熱性を有する耐熱
性樹脂層とを含む機能分離多層膜構造であるように工夫
することにより、応力緩和機能とプロセス整合性とを両
立させることができる。
に、本願発明では、半導体素子表面のパッシベーション
膜上に少なくとも1層以上の樹脂層を設け、前記樹脂層
内部および/または前記樹脂層表面に、前記半導体素子
電極部に接続された所望形状の導体層を有している半導
体装置において、前記樹脂層を少なくとも2層以上の複
数層で構成して、薄膜配線構造体として要求される諸特
性を各々の層で分担させることを提案する。薄膜配線構
造体に要求される機能は様々であるが、少なくとも応力
緩和機能を有する応力緩和樹脂層と耐熱性を有する耐熱
性樹脂層とを含む機能分離多層膜構造であるように工夫
することにより、応力緩和機能とプロセス整合性とを両
立させることができる。
【0028】その際、半導体素子表面のパッシベーショ
ン膜上に設けられた樹脂層の内包する応力緩和樹脂層
が、その25℃における弾性係数Er(ヤング率;単位
=Gpa)を25℃における膜厚tr(単位=μm)で
割り算して得られるEr/trが3.0未満となる樹脂で
あることが望ましく、さらに望ましくはEr/trが1.
0未満である。Er/trが3.0を越えて大きくなるの
は、少なくとも、ヤング率が大きいか、膜厚が薄いか、
のいずれかが満たされるときであるが、このいずれの場
合であっても、配線層への応力を緩和する能力は期待で
きない。逆に、Er/trが1.0未満であるような応力
緩和層を形成できる樹脂であれば、本願発明には特段の
支障はないが、室温(25℃)におけるヤング率係数E
rが0.2〜15.0GPaの範囲の樹脂であることが
望ましい。室温におけるヤング率が0.2GPaを下回
る材料を含む場合には、当該半導体装置を部品として含
む電子機器を使用するに際し、筐体へのわずかな衝撃に
よっても当該樹脂部が振動を起こして配線位置が変位し
て電気特性が安定しにくくなるという問題が発生する。
逆にヤング率が15.0GPaを越える樹脂は応力に追
従した変位がごくわずかであって応力緩和機能が高いと
は言えない。
ン膜上に設けられた樹脂層の内包する応力緩和樹脂層
が、その25℃における弾性係数Er(ヤング率;単位
=Gpa)を25℃における膜厚tr(単位=μm)で
割り算して得られるEr/trが3.0未満となる樹脂で
あることが望ましく、さらに望ましくはEr/trが1.
0未満である。Er/trが3.0を越えて大きくなるの
は、少なくとも、ヤング率が大きいか、膜厚が薄いか、
のいずれかが満たされるときであるが、このいずれの場
合であっても、配線層への応力を緩和する能力は期待で
きない。逆に、Er/trが1.0未満であるような応力
緩和層を形成できる樹脂であれば、本願発明には特段の
支障はないが、室温(25℃)におけるヤング率係数E
rが0.2〜15.0GPaの範囲の樹脂であることが
望ましい。室温におけるヤング率が0.2GPaを下回
る材料を含む場合には、当該半導体装置を部品として含
む電子機器を使用するに際し、筐体へのわずかな衝撃に
よっても当該樹脂部が振動を起こして配線位置が変位し
て電気特性が安定しにくくなるという問題が発生する。
逆にヤング率が15.0GPaを越える樹脂は応力に追
従した変位がごくわずかであって応力緩和機能が高いと
は言えない。
【0029】また、本発明では、樹脂層全体の膜厚(総
膜厚t)が6〜250μmの範囲であることが望まし
い。総膜厚が6μmより薄くなると配線層の上面が露出
して腐蝕が進む可能性がある。逆に膜厚250μmより
厚くなると成膜に時間がかかる上に膜厚の均一性も保て
なくなる。
膜厚t)が6〜250μmの範囲であることが望まし
い。総膜厚が6μmより薄くなると配線層の上面が露出
して腐蝕が進む可能性がある。逆に膜厚250μmより
厚くなると成膜に時間がかかる上に膜厚の均一性も保て
なくなる。
【0030】また、本発明では、上記機能分離多層膜構
造の樹脂層の破断伸びが25℃において少なくとも5%
以上であることが望ましく、さらに好ましくは8%以上
である。破断伸びが5%を下回る場合には、熱応力が前
記応力緩和層の変形によって開放される際に破断を起こ
したり、あるいは、ハンドリングの際の衝撃で破断する
危険性が高くなる。
造の樹脂層の破断伸びが25℃において少なくとも5%
以上であることが望ましく、さらに好ましくは8%以上
である。破断伸びが5%を下回る場合には、熱応力が前
記応力緩和層の変形によって開放される際に破断を起こ
したり、あるいは、ハンドリングの際の衝撃で破断する
危険性が高くなる。
【0031】一方、パッシベーション膜上に設けられた
樹脂層の内包する耐熱性樹脂層は、少なくともはんだ付
け時の熱に耐える必要があるので、ガラス転位温度(T
g)あるいは融点(mp)は100℃以上であることが
望ましい。Tgやmpは高ければ高いほどプロセス中の
変成が少なくなるが、逆に、加工が困難になったり、あ
るいは入手が難しくなったりするのでTg、あるいは、
mpは400℃以下であることが望ましい。また、Tg
が高い樹脂を用いると、応力フリーとなる点(Tg)と
室温(約25℃)との温度差が大きくなることにより、
逆に熱応力が大きくなったりもするので、Tg、あるい
は、mpはできる限り400℃を越えないことが望まし
い。
樹脂層の内包する耐熱性樹脂層は、少なくともはんだ付
け時の熱に耐える必要があるので、ガラス転位温度(T
g)あるいは融点(mp)は100℃以上であることが
望ましい。Tgやmpは高ければ高いほどプロセス中の
変成が少なくなるが、逆に、加工が困難になったり、あ
るいは入手が難しくなったりするのでTg、あるいは、
mpは400℃以下であることが望ましい。また、Tg
が高い樹脂を用いると、応力フリーとなる点(Tg)と
室温(約25℃)との温度差が大きくなることにより、
逆に熱応力が大きくなったりもするので、Tg、あるい
は、mpはできる限り400℃を越えないことが望まし
い。
【0032】本発明で半導体素子表面のパッシベーショ
ン膜上に設けられた複数樹脂層としては、複数層の膜厚
方向平均ヤング率Eave(単位=GPa;25℃)と膜
厚方向平均線膨脹係数αave(−55〜150℃範囲の
平均値;単位=ppm/℃)との積Eave×αaveが20
〜400の範囲であることが望ましく、さらに望ましい
範囲は30〜250である。ヤング率と線膨脹係数との
積が400を越えて大きくなる場合、例えば、ヤング率
=4Gpaで線膨脹係数=150ppm/℃の樹脂を用
いると、樹脂自身の沿面方向の伸びが大きくなって薄膜
配線を横から押す形になるので断線の危険性が高くな
る。一方、ヤング率と線膨脹係数との積が20を下回る
樹脂は入手が困難なので、このような物性値の材料はコ
ストアップの原因となる。
ン膜上に設けられた複数樹脂層としては、複数層の膜厚
方向平均ヤング率Eave(単位=GPa;25℃)と膜
厚方向平均線膨脹係数αave(−55〜150℃範囲の
平均値;単位=ppm/℃)との積Eave×αaveが20
〜400の範囲であることが望ましく、さらに望ましい
範囲は30〜250である。ヤング率と線膨脹係数との
積が400を越えて大きくなる場合、例えば、ヤング率
=4Gpaで線膨脹係数=150ppm/℃の樹脂を用
いると、樹脂自身の沿面方向の伸びが大きくなって薄膜
配線を横から押す形になるので断線の危険性が高くな
る。一方、ヤング率と線膨脹係数との積が20を下回る
樹脂は入手が困難なので、このような物性値の材料はコ
ストアップの原因となる。
【0033】本発明では、半導体素子表面のパッシベー
ション膜上に設けられた複数層からなる樹脂層が、25
℃における総膜厚t(単位=μm)と膜厚方向平均線膨
脹係数αave(−55〜150℃範囲の平均値;単位=
ppm/℃)とのt×αaveが200〜40,000の
範囲であることが望ましい。膜厚と線膨脹係数の積は非
配線領域の樹脂層が示す熱膨張量の指標であるので、こ
の値が上記範囲を超えて大きくなるときには樹脂層の厚
み方向の変形量が大きくなって配線が厚み方向に引きの
ばされるために配線断線が起きやすくなる。逆に、上記
範囲を下回るような材料には応力緩和機能が全く期待で
きず、本発明の当初の目的が達成できない。
ション膜上に設けられた複数層からなる樹脂層が、25
℃における総膜厚t(単位=μm)と膜厚方向平均線膨
脹係数αave(−55〜150℃範囲の平均値;単位=
ppm/℃)とのt×αaveが200〜40,000の
範囲であることが望ましい。膜厚と線膨脹係数の積は非
配線領域の樹脂層が示す熱膨張量の指標であるので、こ
の値が上記範囲を超えて大きくなるときには樹脂層の厚
み方向の変形量が大きくなって配線が厚み方向に引きの
ばされるために配線断線が起きやすくなる。逆に、上記
範囲を下回るような材料には応力緩和機能が全く期待で
きず、本発明の当初の目的が達成できない。
【0034】本発明では、半導体素子表面のパッシベー
ション膜上に設けられた複数層からなる樹脂層のなかの
少なくとも1層が、感光性を有すると共に熱分解性温度
(5%重量減少温度)が250℃以上であることが望ま
しい。。感光性を有していることにより、所望箇所に開
口部を形成することができる。もしも、熱分解温度が2
50℃を下回る樹脂層を用いる場合には、該樹脂層の外
部層を形成する工程が制限される。
ション膜上に設けられた複数層からなる樹脂層のなかの
少なくとも1層が、感光性を有すると共に熱分解性温度
(5%重量減少温度)が250℃以上であることが望ま
しい。。感光性を有していることにより、所望箇所に開
口部を形成することができる。もしも、熱分解温度が2
50℃を下回る樹脂層を用いる場合には、該樹脂層の外
部層を形成する工程が制限される。
【0035】本発明では半導体素子表面のパッシベーシ
ョン膜上に設けられた複数層からなる樹脂層のうちパッ
シベーション膜に接している樹脂層が、フォトリソグラ
フィ工程によって所望箇所に開口部が形成された感光性
ポリイミドであり、前記開口部の底部では半導体素子電
極部の端部を完全に覆っていて、前記開口部の底部が半
導体素子電極部との間で為す角度が100〜150度の
範囲であることが望ましい。ポリイミドはパッシベーシ
ョン膜上に形成する樹脂として実績がある。さらに、感
光性をも有するポリイミドであることによって、半導体
素子電極部に所望の開口部を精度良く、かつ低コストで
形成できる。但し、必要な開口部の数が少なく、厳しい
位置精度が求められる場合には、本発明でもレーザ加工
によって開口部を形成しても構わない。
ョン膜上に設けられた複数層からなる樹脂層のうちパッ
シベーション膜に接している樹脂層が、フォトリソグラ
フィ工程によって所望箇所に開口部が形成された感光性
ポリイミドであり、前記開口部の底部では半導体素子電
極部の端部を完全に覆っていて、前記開口部の底部が半
導体素子電極部との間で為す角度が100〜150度の
範囲であることが望ましい。ポリイミドはパッシベーシ
ョン膜上に形成する樹脂として実績がある。さらに、感
光性をも有するポリイミドであることによって、半導体
素子電極部に所望の開口部を精度良く、かつ低コストで
形成できる。但し、必要な開口部の数が少なく、厳しい
位置精度が求められる場合には、本発明でもレーザ加工
によって開口部を形成しても構わない。
【0036】また、開口部の底部で電極部の端部を完全
に覆っていることにより、配線層との信頼性の高い接続
が達成できる。
に覆っていることにより、配線層との信頼性の高い接続
が達成できる。
【0037】さらに前記開口部が順テーパーであり、開
口部の底部が半導体素子電極部との間で為す角度が10
0〜150度の範囲に入っていることで、スパッタや蒸
着、めっきなどの配線形成プロセスで確実な配線接続が
確保できる。角度が100度以下であるとスパッタや蒸
着、めっきの工程での配線形成すると配線の接続信頼性
が低くなり易い傾向がある。逆に、150度より大きい
と、樹脂層上部の開口径が大きくなりすぎて本発明の目
的である高密度実装対応が困難になる。
口部の底部が半導体素子電極部との間で為す角度が10
0〜150度の範囲に入っていることで、スパッタや蒸
着、めっきなどの配線形成プロセスで確実な配線接続が
確保できる。角度が100度以下であるとスパッタや蒸
着、めっきの工程での配線形成すると配線の接続信頼性
が低くなり易い傾向がある。逆に、150度より大きい
と、樹脂層上部の開口径が大きくなりすぎて本発明の目
的である高密度実装対応が困難になる。
【0038】本発明の技術は半導体装置、特にチップサ
イズパッケージ、およびその製造方法に好適であるがこ
れに限らず、ボールグリッドアレーなどへ適用しても差
し支えない。また、上記の半導体装置は他の配線基板と
接続することによって電子機器へ組み込むための部品、
あるいは電子装置そのものとして使用することもでき
る。
イズパッケージ、およびその製造方法に好適であるがこ
れに限らず、ボールグリッドアレーなどへ適用しても差
し支えない。また、上記の半導体装置は他の配線基板と
接続することによって電子機器へ組み込むための部品、
あるいは電子装置そのものとして使用することもでき
る。
【0039】本発明によると、半導体装置に上述のよう
な特徴を有する樹脂層を形成することによって、接続信
頼性が高く、電気特性に優れた、高密度実装に適した安
価な半導体装置を得ることができ、このような半導体装
置を適宜他の配線基板とはんだで接続することによっ
て、高性能な電子機器を提供できる。
な特徴を有する樹脂層を形成することによって、接続信
頼性が高く、電気特性に優れた、高密度実装に適した安
価な半導体装置を得ることができ、このような半導体装
置を適宜他の配線基板とはんだで接続することによっ
て、高性能な電子機器を提供できる。
【0040】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態について図
面を用いて説明する。
面を用いて説明する。
【0041】[実施例1]図1は、本願発明による一実施
形態の半導体装置断面の一部であって、半導体素子電極
部とそこから引き出した配線、およびパッケージ電極
部、およびそれらの周囲の断面構造を示している。以
下、本実施形態の構造について図面に従って説明する。
形態の半導体装置断面の一部であって、半導体素子電極
部とそこから引き出した配線、およびパッケージ電極
部、およびそれらの周囲の断面構造を示している。以
下、本実施形態の構造について図面に従って説明する。
【0042】本実施形態の半導体装置は、パッケージ電
極7を通して実装基板と電気的に接続する。パッケ−ジ
電極7は、配線6によって半導体素子電極部2と電気的
に接続する。配線6の下には第1樹脂層を設けており、
配線6の上には第2樹脂層を形成してある。第1樹脂層
と半導体素子との間にはパッシベーション膜3が存在す
る。
極7を通して実装基板と電気的に接続する。パッケ−ジ
電極7は、配線6によって半導体素子電極部2と電気的
に接続する。配線6の下には第1樹脂層を設けており、
配線6の上には第2樹脂層を形成してある。第1樹脂層
と半導体素子との間にはパッシベーション膜3が存在す
る。
【0043】本実施例では、第1樹脂層には感光性ポリ
イミド(室温での弾性率=3.0GPa、−55〜15
0℃範囲の平均線膨脹係数=40ppm/℃、ガラス転
移温度>300℃、破断伸び=20%、膜厚12μ
m)、第2樹脂層には変成エポキシ樹脂(室温での弾性
率=2.2Gpa、−55〜150℃範囲の平均線膨脹
係数=120ppm/℃、ガラス転移点=120℃、破
断伸び=9%, 膜厚3μm)を用いており、樹脂層全膜
厚は約15μmで、平均すると弾性率は約2.8GP
a、線膨脹係数は約60ppm/℃である。
イミド(室温での弾性率=3.0GPa、−55〜15
0℃範囲の平均線膨脹係数=40ppm/℃、ガラス転
移温度>300℃、破断伸び=20%、膜厚12μ
m)、第2樹脂層には変成エポキシ樹脂(室温での弾性
率=2.2Gpa、−55〜150℃範囲の平均線膨脹
係数=120ppm/℃、ガラス転移点=120℃、破
断伸び=9%, 膜厚3μm)を用いており、樹脂層全膜
厚は約15μmで、平均すると弾性率は約2.8GP
a、線膨脹係数は約60ppm/℃である。
【0044】第1樹脂層にはフォトリソ工程によって開
口部8を設けてあり、開口部8と半導体素子電極部とが
為す角9は110度である。
口部8を設けてあり、開口部8と半導体素子電極部とが
為す角9は110度である。
【0045】本実施例の半導体装置を実装基板に搭載す
ると、基板と半導体装置との膨張差によって発生した応
力を配線、第1樹脂層、第2樹脂層がそれぞれ変形する
ことによって緩和できる。
ると、基板と半導体装置との膨張差によって発生した応
力を配線、第1樹脂層、第2樹脂層がそれぞれ変形する
ことによって緩和できる。
【0046】
【発明の効果】本発明によれば、接続信頼性が高く、電
気特性に優れた、高密度実装に適した安価な半導体装置
を得ることができ、このような半導体装置を適宜他の配
線基板とはんだで接続することによって、高性能な電子
機器を提供できる。
気特性に優れた、高密度実装に適した安価な半導体装置
を得ることができ、このような半導体装置を適宜他の配
線基板とはんだで接続することによって、高性能な電子
機器を提供できる。
【図1】本発明による一実施形態の半導体装置断面概略
図の一部である。
図の一部である。
1.半導体素子 2.半導体素子電極部 3.パッシベーション膜 4.第1樹脂層 5.第2樹脂層 6.配線 7.パッケージ電極 8.第1樹脂層に開けた開口部 9.第1樹脂層に開けた開口部と半導体素子電極部とが
為す角
為す角
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 光子 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 天明 浩之 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 Fターム(参考) 4M109 AA02 BA03 ED03 EE02 EE03
Claims (11)
- 【請求項1】半導体素子表面のパッシベーション膜上に
樹脂層を設け、前記樹脂層内部および/または前記樹脂
層表面に、前記半導体素子電極部に接続された所望形状
の導体層を有している半導体装置において、前記樹脂層
が少なくとも応力緩和機能を有する応力緩和樹脂層と耐
熱性を有する耐熱性樹脂層とを含む2層以上の複数層で
構成されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】請求項1記載の半導体装置において、半導
体素子表面のパッシベーション膜上に設けられた樹脂層
の内包する応力緩和樹脂層が、その25℃における弾性
係数Er(ヤング率;単位=GPa=)を25℃における
膜厚tr(単位=μm)で割り算して得られるEr/tr
が1.0未満となる樹脂であることを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項3】請求項1記載の半導体装置において、半導
体素子表面のパッシベーション膜上に設けられた樹脂層
の内包する耐熱性樹脂層が、ガラス転位温度(Tg)あ
るいは融点(mp)が100〜400℃の範囲にある樹
脂であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項4】請求項1記載の半導体装置において、半導
体素子表面のパッシベーション膜上に設けられた応力緩
和樹脂層と耐熱性樹脂層とを含んだ複数層からなる樹脂
層が、さらに25℃における破断伸びが少なくとも6%
以上ある樹脂層を含むことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項5】請求項1〜4いずれかに記載の半導体装置
において、半導体素子表面のパッシベーション膜上に設
けられた複数層からなる樹脂層が、25℃における総膜
厚tが6〜250μmの範囲であることを特徴とする半
導体装置。 - 【請求項6】請求項1〜5いずれかに記載の半導体装置
において、半導体素子表面のパッシベーション膜上に設
けられた複数層からなる樹脂層が、複数層の膜厚方向平
均ヤング率Eave(単位=Gpa;25℃)と膜厚方向
平均線膨脹係数αave(−55〜150℃範囲の平均
値;単位=ppm/℃)との積Eave×αaveが20〜4
00の範囲であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項7】請求項1〜5いずれかに記載の半導体装置
において、半導体素子表面のパッシベーション膜上に設
けられた複数層からなる樹脂層が、25℃における総膜
厚t(単位=μm)と膜厚方向平均線膨脹係数αave
(−55〜150℃範囲の平均値;単位=ppm/℃)
との積t×αaveが200〜40,000の範囲である
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項8】請求項1〜7いずれかに記載の半導体装置
において、半導体素子表面のパッシベーション膜上に設
けられた複数層からなる樹脂層のなかの少なくとも1層
が、感光性を有すると共に熱分解性温度(5%重量減少
温度)が250℃以上であることを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項9】請求項1〜7いずれかに記載の半導体装置
において、半導体素子表面のパッシベーション膜上に設
けられた複数層からなる樹脂層のうちパッシベーション
膜に接している樹脂層が、フォトリソグラフィ工程によ
って所望箇所に開口部が形成された感光性ポリイミドで
あり、前記開口部の底部では半導体素子電極部の端部を
完全に覆っていて、前記開口部の底部が半導体素子電極
部との間で為す角度が100〜150度の範囲であることを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項10】請求項1記載の構成を有するチップサイ
ズパッケージ。 - 【請求項11】請求項1記載の半導体装置、あるいは請
求項10記載のチップサイズパッケージと他の配線基板
とを接続したことを特徴とする電子機器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11128062A JP2000323628A (ja) | 1999-05-10 | 1999-05-10 | 半導体装置とその製造方法、およびこれを用いた電子機器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11128062A JP2000323628A (ja) | 1999-05-10 | 1999-05-10 | 半導体装置とその製造方法、およびこれを用いた電子機器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000323628A true JP2000323628A (ja) | 2000-11-24 |
Family
ID=14975542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11128062A Pending JP2000323628A (ja) | 1999-05-10 | 1999-05-10 | 半導体装置とその製造方法、およびこれを用いた電子機器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000323628A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006303036A (ja) * | 2005-04-18 | 2006-11-02 | Fujikura Ltd | 半導体装置 |
| US7348673B2 (en) | 2004-07-15 | 2008-03-25 | Nec Corporation | Semiconductor device |
| JP2008193121A (ja) * | 2008-04-24 | 2008-08-21 | Ibiden Co Ltd | 多層プリント配線板及び多層プリント配線板の製造方法 |
| JP2010514148A (ja) * | 2006-12-13 | 2010-04-30 | ケンブリッジ シリコン ラジオ リミテッド | チップ実装 |
| JP2011086680A (ja) * | 2009-10-13 | 2011-04-28 | Nec Corp | 多層配線基板および多層配線基板の製造方法 |
| JP2015216246A (ja) * | 2014-05-12 | 2015-12-03 | Tdk株式会社 | 薄膜キャパシタ |
| CN115023805A (zh) * | 2020-02-06 | 2022-09-06 | 三菱电机株式会社 | 半导体模块和电力变换装置 |
-
1999
- 1999-05-10 JP JP11128062A patent/JP2000323628A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7348673B2 (en) | 2004-07-15 | 2008-03-25 | Nec Corporation | Semiconductor device |
| JP2006303036A (ja) * | 2005-04-18 | 2006-11-02 | Fujikura Ltd | 半導体装置 |
| JP2010514148A (ja) * | 2006-12-13 | 2010-04-30 | ケンブリッジ シリコン ラジオ リミテッド | チップ実装 |
| TWI475621B (zh) * | 2006-12-13 | 2015-03-01 | 劍橋矽晶片無線電有限公司 | 晶片安裝技術 |
| US9177885B2 (en) | 2006-12-13 | 2015-11-03 | Cambridge Silicon Radio Limited | Chip mounting |
| US9659894B2 (en) | 2006-12-13 | 2017-05-23 | Qualcomm Technologies International, Ltd. | Chip mounting |
| JP2008193121A (ja) * | 2008-04-24 | 2008-08-21 | Ibiden Co Ltd | 多層プリント配線板及び多層プリント配線板の製造方法 |
| JP2011086680A (ja) * | 2009-10-13 | 2011-04-28 | Nec Corp | 多層配線基板および多層配線基板の製造方法 |
| JP2015216246A (ja) * | 2014-05-12 | 2015-12-03 | Tdk株式会社 | 薄膜キャパシタ |
| CN115023805A (zh) * | 2020-02-06 | 2022-09-06 | 三菱电机株式会社 | 半导体模块和电力变换装置 |
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