JP3863161B2

JP3863161B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP3863161B2
Application number: JP2004334198A
Authority: JP
Inventors: 憲幸戒能; 政敏家合; 公仁桑原; 克実大谷
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2024-11-18
Also published as: CN1645604A; JP2005236262A; TW200529343A; US20050167832A1; US20070072405A1; CN100481424C; US7164208B2; TWI252549B

Description

この発明は、半導体の集積回路部を保護し、かつ外部装置と半導体素子の電気的な接続を確保する半導体装置であって、ＢＧＡやウェハレベルのチップサイズパッケージ等、樹脂基板に外部端子を半田接合する半導体装置に関し、長期に渡り高い半田接合信頼性を有する半導体装置に関するものである。

近年、電子機器の処理能力向上及び携帯性向上に対応するために、半導体装置などの電子部品は高密度実装が要求され、それに伴って、半導体装置の小型、薄型化、さらに同一装置サイズにおける多ピン化が進展し、ピンをエリア上に配列したＢＧＡや各種のＣＳＰ（チップサイズパッケージ）が開発されている。

特に半導体のウェハ上に半導体素子電極から外部端子までを接続する再配線を形成し、最終工程で分割する形態のＷＬＣＳＰ（ウェハレベルＣＳＰ）はベアチップと同等の究極小型パッケージを実現する技術として近年注目されている。

以下、従来のＷＬＣＳＰと呼ばれる半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。

図２０はＷＬＣＳＰと呼ばれる半導体装置を示す部分的に開口した斜視図である。図２０において、１は半導体素子、２は半導体素子電極、３はパッシベ−ション膜、４は絶縁樹脂層、７ａは金属配線、７ｂは金属ランド、８はソルダーレジスト、９は外部端子である。

図２１から図２３は上記半導体装置の従来の製造方法を示す工程別の断面図である。図２１から図２３において、図２０と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

まず絶縁樹脂層４として、感光性樹脂を一般に用い、半導体素子上１に塗布する。その後アライナーまたはステッパー等を用いて露光し、半導体素子電極２上及びその他不要とする感光性樹脂を現像除去したのち、硬化し絶縁樹脂層４を形成する（図２１（ａ））。

ここで、半導体素子電極２は通常Ａｌ−ＳｉまたはＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕが用いられるため、絶縁樹脂層４を形成する材料である感光性樹脂の現像液として、現像時に半導体素子電極２を溶解しない材料として弱アルカリまたは有機系の現像液を用いる。

絶縁樹脂層４がパターニングされ積層された半導体素子１上全面に、蒸着金属層５をスパッタリング法により形成する（図２１（ｂ））。このとき蒸着金属層５として、まず金属バリアを形成し、真空状態下で引き続きめっきシード層を形成する。また、スパッタリングに先立ち、プラズマ処理によって、絶縁樹脂層４の表面を微細に粗化し、絶縁樹脂層４と金属バリアとの密着強度を向上させる。プラズマ処理方法と反応ガスは半導体素子電極２やパッシベーション膜３のエッチングに対して絶縁樹脂層４の樹脂を選択的にエッチングできればよく、ここではＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）処理法とＯ₂ガスやＮ₂ガス、もしくはＯ₂ガスとＣＦ₄ガスの混合ガス等が用いられる。

金属バリアには絶縁樹脂層４や半導体素子電極２、パッシベーション膜３と強い密着強度を持ち、かつめっきシード層のエッチング液に対するバリア性を有する金属として例えばＣｒ等が用いられる。めっきシード層としては電解めっきにおいて抵抗率の低い金属であることが必要であり、一般にはＣｕが用いられる。金属バリアの厚みはめっきシード層のエッチング液に対するバリア性の観点から０．１から０．２μｍ程度、まためっきシード層の厚みは電気抵抗や析出応力とエッチングの容易さの観点から０．２から０．５μｍ程度が用いられる。次にめっきシード層上に感光性レジスト材料を塗布する。その後感光性レジスト材料を乾燥、露光、現像することによりめっきレジスト６を形成する（図２１（ｃ））。一般には後工程の電解Ｃｕめっき厚を５から１１μｍ程度にするため、めっきレジスト６ａの厚みは８から１５μｍ程度に形成する。その後Ｏ₂ガスによるプラズマ処理によりめっきレジスト６ａの現像残さを除去する。

次に電解Ｃｕめっき法によりめっきレジスト６ａが開口し、シード層が露出した部分に厚膜金属層７を選択的に形成する（図２２（ａ））。厚膜金属層７の厚みは電気抵抗と機械的強度の観点から５から１１μｍ程度の厚みに形成する。

厚膜金属層７の形成後めっきレジスト６ａを剥離除去し、さらにＯ₂プラズマによるプラズマ処理によりめっきレジスト６ａの剥離残さを除去する（図２２（ｂ））。

次にシード層と厚膜金属層７とをＣｕエッチング液にて全面Ｃｕエッチングすると、厚膜金属層７よりも層厚が薄いシード層のＣｕが先行して除去される。このときシード層のエッチング液は金属バリアを溶かさずシード層を選択的にエッチングできる溶液を用いる。次に金属バリアを全面エッチングすることで所望のパターンを有する金属配線７ａ及び金属ランド７ｂを形成する（図２２（ｃ））。

次に感光性樹脂を絶縁樹脂層４、厚膜金属層７上に塗布し、その後乾燥、露光し、金属ランド７ｂ上及びその他不要とする感光性樹脂を現像除去したのち、硬化しソルダーレジスト層８を形成する（図２３（ａ））。

その後金属ランド上に半田ペーストを印刷し、溶融し外部端子９を形成する（図２３（ｂ））。ここで半田ペーストを印刷溶融する変わりに低融点金属ボールを搭載溶融して外部端子９を形成する場合もある。また、半田ペーストを印刷する前に、金属ランド上にＮｉ−Ａｕめっきを施す場合もある。
特開平１１−５４６４９号公報

しかしながら、上記従来の半導体装置の製造方法によれば、ソルダーレジストとの密着性を高めるために配線及びランドを構成するＣｕ層において表面処理として微細な粗化が行われているが、金属ランドと外部端子との間の全体形状は平坦である。そのため、半導体装置の組立後の検査工程および実装工程、実装後の外部装置に接続された状態において、外部端子に機械的な外力や熱膨張差に起因する熱応力を受けると、図２４に示すようにランド７ｂと外部端子９の接合界面からクラック１３が生じる場合があり、まれに外部端子が脱落することもある。一回の負荷ではクラックや脱落が生じない場合でも、高温環境下で合金層が界面に形成することで、長期間における接続信頼性が低下する場合がある。そのため図２５（ａ），（ｂ）に示すように、ランド部７ｂと外部端子９との接合界面１４の面積を増加することによって、ランド部７ｂと外部端子９の接合界面１４において生じた金属結合による接合力の増加を図る方法があり、接合面の面積増加と共に接合強度は向上するが、熱履歴により接合界面１４に金属拡散に起因して脆い合金層が形成している場合には、極端に接合強度が低下しているため、接合界面でのクラックや外部端子脱落が生じることの抜本的な解決にはならなかった。

近年、環境への鉛の影響が世界的に問題となっており、従来の鉛を含むＰｂ−Ｓｎ共晶半田から鉛を含まない半田（以下Ｐｂフリー半田）への転換が電機、部品業界含む各社で進められている。Ｐｂフリー半田は、Ｐｂ−Ｓｎ共晶半田に比べ、融点が高いため、リフロー工程の設定温度も高くなり、前述の金属拡散が進行し易くなっており、事実、接合界面でのクラックや外部端子脱落の発生頻度が従来よりも高まっている。

したがって、この発明の目的は、前記従来の課題を解決するもので、ランドと外部端子との接合力を増し、確実に脱落を防止し、長期に渡り接続信頼性を確保することができる半導体装置を提供することである。

前記課題を解決するために、この発明の請求項１記載の半導体装置は、半導体素子の電極上を開口して、前記半導体素子上に形成された絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に形成され、一端が前記半導体素子の電極に接続され、他端が外部端子と接続されてランドとなる金属配線と、前記ランドの接続部分を除き、前記金属配線上と前記絶縁樹脂層上を被覆した表層樹脂層を備えた半導体装置であって、複数の前記金属配線の前記ランドのうち少なくとも１つの前記ランドの上面に上部の少なくとも一部が下部より張り出した形状の突起を設け、前記ランドの上面における前記突起の平面形状が、前記ランドに近接する前記半導体装置の外形縁部に対して直角方向に長手方向を形成している。

請求項２記載の半導体装置は、半導体素子の電極上を開口して、前記半導体素子上に形成された絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に形成され、一端が前記半導体素子の電極に接続され、他端が外部端子と接続されてランドとなる金属配線と、前記ランドの接続部分を除き、前記金属配線上と前記絶縁樹脂層上を被覆した表層樹脂層を備えた半導体装置であって、複数の前記金属配線の前記ランドのうち少なくとも１つの前記ランドの上面に側壁の少なくとも一部が逆テーパ形状である突起を設け、前記ランドの上面における前記突起の平面形状が、前記ランドに近接する前記半導体装置の外形縁部に対して直角方向に長手方向を形成している。

請求項３記載の半導体装置は、半導体素子の電極上を開口して、前記半導体素子上に形成された絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に形成され、一端が前記半導体素子の電極に接続され、他端が外部端子と接続されてランドとなる金属配線と、前記ランドの接続部分を除き、前記金属配線上と前記絶縁樹脂層上を被覆した表層樹脂層を備えた半導体装置であって、複数の前記金属配線の前記ランドのうち少なくとも１つの前記ランドの上面に上部の少なくとも一部が下部より張り出した形状の突起を設け、前記ランドの上面における前記突起の平面形状が、前記半導体装置の平面図上の中心から放射状方向に長手方向を形成している。

請求項４記載の半導体装置は、半導体素子の電極上を開口して、前記半導体素子上に形成された絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に形成され、一端が前記半導体素子の電極に接続され、他端が外部端子と接続されてランドとなる金属配線と、前記ランドの接続部分を除き、前記金属配線上と前記絶縁樹脂層上を被覆した表層樹脂層を備えた半導体装置であって、複数の前記金属配線の前記ランドのうち少なくとも１つの前記ランドの上面に側壁の少なくとも一部が逆テーパ形状である突起を設け、前記ランドの上面における前記突起の平面形状が、前記半導体装置の平面図上の中心から放射状方向に長手方向を形成している。

請求項５記載の半導体装置は、半導体素子の電極上を開口して、前記半導体素子上に形成された絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に形成され、一端が前記半導体素子の電極に接続され、他端が外部端子と接続されてランドとなる金属配線と、前記ランドの接続部分を除き、前記金属配線上と前記絶縁樹脂層上を被覆した表層樹脂層を備えた半導体装置であって、複数の前記金属配線の前記ランドのうち少なくとも１つの前記ランドの上面に上部の少なくとも一部が下部より張り出した形状の突起を設け、前記半導体装置の対角線上に配置された前記ランドのうち、少なくとも１つの前記ランドの上面における前記突起の平面形状が、前記ランドに近接する前記半導体装置の２つの外形縁部に対して直角方向になるように２方向の長手方向を有する十字形またはＬ字形である。

請求項６記載の半導体装置は、半導体素子の電極上を開口して、前記半導体素子上に形成された絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に形成され、一端が前記半導体素子の電極に接続され、他端が外部端子と接続されてランドとなる金属配線と、前記ランドの接続部分を除き、前記金属配線上と前記絶縁樹脂層上を被覆した表層樹脂層を備えた半導体装置であって、複数の前記金属配線の前記ランドのうち少なくとも１つの前記ランドの上面に側壁の少なくとも一部が逆テーパ形状である突起を設け、前記半導体装置の対角線上に配置された前記ランドのうち、少なくとも１つの前記ランドの上面における前記突起の平面形状が、前記ランドに近接する前記半導体装置の２つの外形縁部に対して直角方向になるように２方向の長手方向を有する十字形またはＬ字形である。

請求項７記載の半導体装置は、半導体素子の電極上を開口して、前記半導体素子上に形成された絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に形成され、一端が前記半導体素子の電極に接続され、他端が外部端子と接続されてランドとなる金属配線と、前記ランドの接続部分を除き、前記金属配線上と前記絶縁樹脂層上を被覆した表層樹脂層を備えた半導体装置であって、複数の前記金属配線の前記ランドのうち少なくとも１つの前記ランドの上面に上部の少なくとも一部が下部より張り出した形状の突起を設け、前記半導体装置の外形縁部の近傍から内側へ複数列配置された前記ランドのうち、外周から少なくとも１列全周の前記ランドの上面に前記突起を設け、内側から少なくとも１列の前記ランドに前記突起を設けない。

請求項８記載の半導体装置は、半導体素子の電極上を開口して、前記半導体素子上に形成された絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に形成され、一端が前記半導体素子の電極に接続され、他端が外部端子と接続されてランドとなる金属配線と、前記ランドの接続部分を除き、前記金属配線上と前記絶縁樹脂層上を被覆した表層樹脂層を備えた半導体装置であって、複数の前記金属配線の前記ランドのうち少なくとも１つの前記ランドの上面に側壁の少なくとも一部が逆テーパ形状である突起を設け、前記半導体装置の外形縁部の近傍から内側へ複数列配置された前記ランドのうち、外周から少なくとも１列全周の前記ランドの上面に前記突起を設け、内側から少なくとも１列の前記ランドに前記突起を設けない。

請求項９記載の半導体装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置において、前記ランドの上面に、複数個の前記突起を並べて配置することにより、長手方向を形成した。

請求項１０記載の半導体装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置において、前記ランドの上面に設けた前記突起の平面形状において、長手方向の長さに対する幅が途中で変化するように、前記突起を形成した。

請求項１１記載の半導体装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置において、前記ランドの上面における前記突起の平面形状において、コーナ角１２０°以上となるよう輪郭に面取りがされているか、あるいは、コーナに丸みが付加されていることにより、コーナのエッジを排除した、前記突起を形成した。

この発明の請求項１〜８記載の半導体装置によれば、ランドのうち少なくとも１つのランドの上面に突起を設けたので、半田接合したとき外部端子がランドの突起を周囲から捕そくし、外部端子とランドとの接続を確実にすることができる。その結果、長期に渡り接続信頼性を確保する半導体装置が得られる。

請求項１、３、５、７では、ランドの上面に設けた突起は、上部の少なくとも一部が下部より張り出した形状とすることで、外部端子脱落方向に対する抵抗となるため、ランドと外部端子との接合力を増し、確実に脱落を防止することができる。

請求項２、４、６、８では、ランドの上面に設けた突起は、側壁の少なくとも一部が逆テーパ形状であるので、外部端子脱落方向に対する抵抗となるため、ランドと外部端子との接合力を増し、確実に脱落を防止することができる。

請求項１、２では、ランドの上面に設けた突起の平面形状が、ランドに近接する半導体装置の外形縁部に対して直角方向に長手方向を形成しているので、機械的外力が付加する方向に対して、突起の平面形状の長手方向を一致させることにより、機械的外力に対して抵抗となるため、外部端子の接続を保持することができる。

請求項３、４では、ランドの上面に設けた突起の平面形状が、半導体装置の平面図上の中心から放射状方向に長手方向を形成しているので、熱応力が付加する方向に対して、突起の平面形状の長手方向を一致させることにより、熱応力に対して抵抗となるため、外部端子の接続を保持することができる。

請求項５、６では、半導体装置の対角線上に配置されたランドのうち、少なくとも１つのランドの上面に設けた突起の平面形状が、ランドに近接する半導体装置の２つの外形縁部に対して直角方向になるように２方向の長手方向を有する十字形またはＬ字形であるので、コーナ付近において機械的外力が付加する２方向に対して、突起の平面形状の長手方向を一致させることにより、２方向からの機械的外力に対して抵抗となるため、外部端子の接続を保持することができる。

請求項７、８では、半導体装置の外形縁部の近傍から内側へ複数列配置されたランドのうち、外周から少なくとも１列全周のランドの上面に突起を設け、内側から少なくとも１列のランドに突起を設けないので、半導体装置の平面図上中心からの距離が遠くなるほど大きくなる熱膨張差に起因する熱応力に対して突起を配置することで、外部端子の接続を保持することができる。

請求項９では、ランドの上面に、複数個の突起を並べて配置することにより、長手方向を形成しているので、外部端子脱落方向に対する抵抗となる面積を増加し、ランドと外部端子との接合力を増し、脱落を防止することができる。

請求項１０では、前記ランドの上面に設けた突起の平面形状において、長手方向の長さに対する幅（短手方向の長さ）が途中で変化するように、突起を形成しているので、外部端子脱落方向に対する抵抗となる面積を増加し、ランドと外部端子との接合力を増し、脱落を防止することができる。

請求項１１では、前記ランドの上面に設けた突起の平面形状において、コーナ角１２０°以上となるよう輪郭に面取りがされているか、あるいは、コーナに丸みが付加されていることにより、突起の平面形状におけるコーナのエッジを排除した、突起を形成したので、外部端子への応力集中を緩和し、外部端子のクラック及び脱落を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態としてＷＬＣＳＰを例に取り上げ、図面を参照しながら説明する。

この発明の第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態の半導体装置の断面図である。

図１において、図２０と同じ構成要素については同じ符号を用い説明を省略する。図１に示すように、金属配線７ａ間を絶縁する絶縁樹脂層４が半導体素子１上に形成され、金属配線７ａの端部が半導体素子１上の電極２に接続され、金属配線７ａの他の端部はランドとして外部端子９と接続され、ランドの接続部分を除き表層樹脂層８で被覆されている。そして、ランドのうち少なくとも１つのランド部７ｂの上面に突起１０を設けている。この場合、ランド部７ｂ上の突起上部１０ａは下部１０ｂより張り出した形状で形成されている。

突起１０はめっきによりＣｕ等の金属を析出させたものであり、めっき工程において、２層目めっきレジスト６ｂの膜厚を超える厚さまでめっきにより金属を析出させたものである（図１８）。張り出しを、突起側壁のほぼ全周に形成する場合は、張り出し量０.２μｍ以上、突起厚０.５μｍ程度でも効果がある。ただし外部端子９の接合工程で、半田ペーストが進入せず、ボイドを発生し、反対に接続信頼性を低下させることになるため、突起１０の高さと張り出し量の比率（アスペクト比）が１以下になることが好ましい。

本実施形態によれば、ランド部上突起の形成工程において、突起の一部において、上部が下部より張り出した形状に形成することにより、外部端子を半田接合したとき、張り出した部分が外部端子の脱落に対して引っかかる形になっているため、外部端子の脱落を構造的に防止することができる。

この発明の第２の実施の形態を図２に基づいて説明する。図２は本発明の第２の実施形態の半導体装置の断面図である。

図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い説明を省略する。図２に示すように、ランド部７ｂ上の突起１０の輪郭側壁の一部が逆テーパ（アンダーカット）形状に形成されている。突起１０側壁のほぼ全周に逆テーパ形状を形成する場合は、突起の厚み０.５から２μｍ、テーパの角度が１５°〜３０°程度で効果がある。

この発明の第３の実施の形態を図３に基づいて説明する。図３は本発明の第３の実施形態の半導体装置の外部端子搭載前の平面図である。

図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い説明を省略する。図３に示すように、最外周ランド部７ｂ上の突起１０の平面形状が半導体装置の隣接する外形縁部に対し、直角方向に長手方向を形成する。また、４コーナのランド部７ｂ上に設けた突起１０の平面形状が半導体装置の２つの隣接する外形縁部から直角方向になるよう２方向の長手方向を有するＬ字形である。これは、最外周の外部端子は、組立後の検査工程および実装工程等において機械的な外力が半導体装置側面方向から加わる場合が多いためである。従って４コーナの外部端子は２方向からの機械的な外力に対して抗する必要があり、コーナランド上の突起１０はＬ字型、十字形の平面形状が好ましい。

なお、半導体装置の外形縁部の近傍から内側へ複数列配置されたランドのうち、外周から少なくとも１列全周のランド部の上面に突起を設け、内側から少なくとも１列のランド部に突起を設けない構成にしてもよい。

この発明の第４の実施の形態を図４に基づいて説明する。図４は本発明の第４の実施形態の半導体装置の外部端子搭載前の平面図である。

図４において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い説明を省略する。図４に示すように、ランド部７ｂ上の突起１０の平面形状が半導体装置の平面図上中心から放射状方向に長手方向を形成している。これは最外周を除く一般の外部端子は、実装基板組立後の検査工程および実装工程、実装後の外部装置に接続された状態において、外部端子に熱膨張差に起因する熱応力が加わるが、熱膨張差は半導体装置の平面図上中心で０、中央からの距離が遠くなるほど大きくなり、発生応力の向きは半導体装置の中心から放射状と考えられる。従って半導体装置中央部ランド部７ｂ上の突起１０の効果は小さく、省略することができる。

この発明の第５の実施の形態を図５に基づいて説明する。図５は本発明の第５の実施形態の半導体装置の断面図である。

図５において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い説明を省略する。図５に示すように、ランド部７ｂの下部に樹脂突起１２が形成され、前記樹脂突起形状に沿ってめっきにより金属が析出し、突起１０が形成される。突起１０の輪郭側壁の一部が逆テーパ（アンダーカット）形状に形成されている。突起１０側壁のほぼ全周に逆テーパ形状を形成する場合は、突起１０の厚み０．５から２μｍ、テーパの角度が１５°〜３０°程度で効果がある。樹脂突起１２を形成することによっても、実施の形態１，２と同様に、ランド部７ｂ上に金属突起１０が形成するため、効果も実施の形態１，２と同様である。

図６〜１１はランド上突起の他の実施形態を示したものである。実施の形態６として図６（ａ）〜（ｃ）に示した突起１０は、図３に示した楕円状の突起を、長手方向に複数分割したものである。1つのランド部７ｂの上面に、複数個の突起１０を並べて配置することにより、長手方向を形成している。この場合、突起１０を２分割し、図６（ａ）では平面形状が円形であり、（ｂ）では対向部が略平行であり、（ｃ）では対向部を凹ませている。これにより、外部端子脱落方向に対する抵抗となる面積を増加し、ランド部７ｂと外部端子との接合力を増し、脱落を防止することができる。このときの半導体装置コーナ部分のランド上においては図７（ａ）（ｂ）に示すとおりであり、1つの楕円状突起の場合の図３，４と同様の配置となる。すなわち、図７（ａ）では、４コーナのランド部７ｂ上に設けた複数個の突起１０が、半導体装置の２つの隣接する外形縁部から直角方向になるように２方向の長手方向を有するＬ字形に配置される。図７（ｂ）では、ランド部７ｂ上の複数個の突起１０が、半導体装置の平面図上中心から放射状方向に長手方向を形成するように配置される。

実施の形態７として図８に示した突起１０は、平面形状において、長手方向の長さに対する幅（短手方向の長さ）が途中で変化するように、突起１０を形成している。これにより、外部端子脱落方向に対する抵抗となる面積を増加し、ランド部７ｂと外部端子との接合力を増し、脱落を防止することができる。

実施の形態８として図９に示した突起１０は、平面形状において、ランド部７ｂに近接する半導体装置の２つの外形縁部に対して直角方向になるように２方向の長手方向を有する十字形であって、長手方向の長さに対する幅（短手方向の長さ）が途中で変化するように、突起１０を形成している。これにより、コーナ付近において機械的外力が付加する２方向に対して、突起１０の平面形状の長手方向を一致させることにより、２方向からの機械的外力に対して抵抗となり、かつ外部端子脱落方向に対する抵抗となる面積を増加し、ランド部７ｂと外部端子との接合力を増し、脱落を防止することができる。

実施の形態９として図１０に示した突起１０は、平面形状において、多方向の長手方向を有する放射形であって、長手方向の長さに対する幅が途中で変化するように、突起１０を形成している。突起１０の平面形状が方向性を有しない為、半導体装置内でのランドの位置関係によらず、配置することができ、かつ、外部端子脱落方向に対する抵抗となる面積を増加することができる。このため、ランド部７ｂと外部端子との接合力を増し、脱落を防止することができる。

実施の形態１０として図１１に示した突起１０は、平面形状において、コーナ角θが１２０°以上となるよう輪郭に面取りがされていることにより、突起１０の平面形状におけるコーナのエッジを排除しているので、外部端子への応力集中を緩和し、外部端子のクラック及び脱落を防止することができる。これは既に図３，４，６〜１０に示してきたようにコーナに丸みが付加されていてもよい。

なお、上記各実施形態において、ランド部の上面に設けた突起１０の平面形状が、ランド部７ｂの外周輪郭またはランド部７ｂ上のレジスト開口の輪郭に対し、はみ出したり、接したりすることなく、外周輪郭またはランド部７ｂ上のレジスト開口の輪郭に対し、内側に突起１０を形成したことにより、突起１０が外部端子を構成する材料で囲まれていることから、外部端子を構成する材料が全周から突起１０を捕捉し、突起１０を起点とする外部端子の変形やクラックを防止し、外部端子の脱落を防止することができる。

以下実施例を用いてさらに具体的に説明する。

図１２〜１５は本発明の半導体装置の製造方法の実施例１を示す工程別の断面図である。実施例１は実施形態２の半導体装置の製造方法に関する。図１２（ａ）に示すように、絶縁樹脂層４がパターニングされ積層された半導体素子１上全面に、蒸着金属層５をスパッタリング法等の異方性蒸着工程により形成する（図１２（ｂ））。このとき蒸着金属層５として、まず金属バリアを形成し、真空状態下で引き続きめっきシード層を形成する。また、スパッタリングに先立ち、プラズマ処理によって、絶縁樹脂層４の露出している表面を微細に粗化し、絶縁樹脂層４と金属バリアとの密着強度を向上させる。

前記プラズマ処理により、絶縁樹脂層４の表面は一部灰化除去され、半導体素子電極２表面に付着していた樹脂残さも除去される。そのため、プラズマ処理方法と反応ガスは半導体素子電極２やパッシベーション膜３に対して絶縁樹脂層４の樹脂を選択的にエッチングできればよく、ここではＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）処理法とＯ₂ガスやＮ₂ガス、もしくはＯ₂ガスとＣＦ₄ガスの混合ガス等が用いられる。

金属バリアには絶縁樹脂層４や半導体素子電極２、パッシベーション膜３と強い密着強度を持ち、かつめっきシード層のエッチング液に対するバリア性を有する金属として例えばＣｒ等が用いられる。めっきシード層としては電解めっきにおいて抵抗率の低い金属であることが必要であり、一般にはＣｕが用いられる。金属バリアの厚みはめっきシード層のエッチング液に対するバリア性の観点から０．１から０．２μｍ程度、まためっきシード層の厚みは電気抵抗や析出応力とエッチングの容易さの観点から０．２から０．５μｍ程度が用いられる。次にめっきシード層上に感光性レジスト材料を塗布する。その後感光性レジスト材料を乾燥、露光、現像することにより、めっきレジスト６ａを形成する（図１２（ｃ））。その後Ｏ₂ガスによるプラズマ処理によりめっきレジスト６ａの現像残さを除去する。

次に電解Ｃｕめっき法によりめっきレジスト６ａが開口し、シード層が露出した部分に厚膜金属層７を選択的に形成する（図１３（ａ））。前記厚膜金属層７が金属配線７ａおよびランド部７ｂを構成する。厚膜金属層７の厚みは電気抵抗と機械的強度及び生産性の観点から５から１１μｍ程度の厚みに形成する。

次に再び感光性レジスト材料を塗布する。その後感光性レジスト材料を乾燥、露光、現像することにより、少なくとも一つの金属ランド部７ｂ上の一部において開口するようにめっきレジスト６ｂを形成する（図１３（ｂ））。ここでめっきレジスト開口部６ｃの側壁を順テーパに形成するために、めっきレジスト６ｂとしてポジ型の感光性樹脂を使用し、乾燥、露光条件を適正に設定する。めっきレジスト６ｂの開口パターニングを、図１６に示す。これはあらかじめ、所望のレジスト開口部分のみに光が透過するよう、他の部分をＮｉめっきした露光用マスクにて、めっきレジスト６ｂを開口させる。ここで最外周ランドでは半導体装置外形の縁辺に対し直角になるよう長手方向を形成し、最外周のコーナのランドは隣接する２つの縁辺に直角なＬ型とし、半導体装置側面方向からの外力に対して強度増加を図る。外周から２列目、３列目は半導体装置中心から放射状に長手方向を形成し、熱膨張差に対して強度増加を図る。中央部のランドは、強度バランスをとるために、めっきレジストは開口させず突起を設けない。また突起を形成する各開口部は外部端子と接合したとき応力集中をさけるため、平面上エッジにならないよう、本実施例ではコーナＲを設けている。その後Ｏ₂ガスによるプラズマ処理によりめっきレジストの現像残さを除去する。

次に電解Ｃｕめっき法によりめっきレジスト６ｂが開口し金属ランド部７ｂが露出した部分に金属層を選択的に形成する（図１３（ｃ））。前記金属層がランド部７ｂ上の突起１０を構成する。突起１０の輪郭側壁はめっきレジスト６ｂの開口部側壁の形状が転写されるため、逆テーパ形状に形成される。突起１０の形成後めっきレジスト６を剥離除去し、さらにＯ₂プラズマによるプラズマ処理によりめっきレジスト６の剥離残さを除去する（図１４（ａ））。

次にシード層と厚膜金属層７とをＣｕエッチング液にて全面Ｃｕエッチングすると、厚膜金属層７よりも層厚が薄いシード層のＣｕが先行して除去される（図１４（ｂ））。このときシード層のエッチング液は金属バリアを溶かさずシード層を選択的にエッチングできる溶液を用いる。次に金属バリアを全面エッチングすることで所望のパターンを有する金属配線７ａ及び金属ランド７ｂを形成する。

次に感光性樹脂を絶縁樹脂層４、厚膜金属層７上に塗布し、その後乾燥、露光し、ランド７ｂ上及びその他不要とする感光性樹脂を現像除去したのち、硬化しソルダーレジスト層８を形成する（図１４（ｃ））。

その後金属ランド７ｂ上に半田ペーストを印刷し、溶融し外部端子９を形成する（図１５）。ここで半田ペーストを印刷溶融する変わりに低融点金属ボールを搭載溶融して外部端子９を形成する場合もある。なお、突起を形成するめっき工程において、めっきレジストの膜厚を超える厚さまでめっきにより金属を析出させることにより、突起の上部が下部より張り出した形状に形成してもよい。この突起形成方法を説明するため、めっき工程後の状態を図１８（ａ）に，レジスト剥離後の状態を図１８（ｂ）に示す。この場合は、めっきレジスト開口部６ｃの側壁のテーパは順逆どちらであってもよい。

図１７は本発明の半導体装置の製造方法の実施例２を示す工程別の断面図である。実施例２は実施形態５の半導体装置に関する。図１７（ａ）に示すように、絶縁樹脂層４がパターニングされ積層された半導体素子１上において、後の工程でランドが形成される部分の中で少なくとも1つの部分の樹脂上にさらに樹脂膜を積層形成し、樹脂突起１２を形成する（図１７（ｂ））。このとき樹脂突起１２の側壁を逆テーパに形成するために、ネガ型の感光性樹脂を使用し、乾燥、露光、現像、後硬化条件を適正に設定する。次に無電解めっきにより金属層５を形成する（図１７（ｃ））。金属層５が電解めっき工程のシード層を構成する。また、無電解めっきに先立ち、プラズマ処理によって、絶縁樹脂層４の露出している表面を微細に粗化し、絶縁樹脂層４と金属バリアとの密着強度を向上させる。

次のめっきレジスト形成工程以降は従来例と同じであるので製造工程を省略するが、金属配線を形成する金属蒸着およびめっき工程において、樹脂突起１２にランド部を形成することにより、ランド部内に一部突起を形成する。

なお、実施例１，２ともに、ソルダーレジスト８形成後、電解めっき法または無電解めっき法によりランド部７ｂのレジスト開口部にニッケルめっき、金めっき等を析出させ、表面処理層１１を形成する場合もある（図１９（ａ），（ｂ））。ニッケルめっきは半田接合される外部端子の金属材料とランドを構成する金属材料が拡散して脆い合金層が形成されることを防ぎ、金めっきはランド表面が酸化して半田接合時の密着力が低下することを防ぐことが目的である。

かかる構成によれば、ランドの突起部において上部が下部より張り出した形状としたり、逆テーパ形状としたりすることにより、外部端子脱落方向に対して、機械的に引っかかる構造となるため、ランド部と外部端子との接合力を増し、接合界面のクラックと外部端子の脱落を確実に防止することができ、長期に渡り接続信頼性を確保することができる半導体装置を実現することができる。

また、本実施の形態としてＷＬＣＳＰを例としたが、ウェハの代わりにＢＧＡ等の基板上に絶縁樹脂層、金属層、ソルダーレジストを所定の形状に積層形成することにより、ＷＬＣＳＰの場合と全く同様にランドに突起を形成したＢＧＡ用基板を作成することができる。

本発明にかかる半導体製造装置およびその製造方法は、半田接合したとき外部端子がランド部の突起を周囲から捕そくし、外部端子とランド部との接続を確実にすることができるため、長期に渡り接続信頼性を確保することができ、ＢＧＡやウェハレベルのチップサイズパッケージ等、樹脂基板に外部端子を半田接合する半導体装置として有用である。

本発明の実施の形態１における半導体装置を示す断面図である。本発明の実施の形態２における半導体装置を示す断面図である。本発明の実施の形態３における外部端子搭載前の半導体装置を示す平面図である。本発明の実施の形態４における外部端子搭載前の半導体装置を示す平面図である。本発明の実施の形態５における半導体装置を示す断面図である。（ａ）〜（ｃ）本発明の実施の形態６における外部端子搭載前のランド上突起を示す平面図である。（ａ）〜（ｂ）本発明の実施の形態６における外部端子搭載前の半導体装置のコーナ部分を示す平面図である。本発明の実施の形態７における外部端子搭載前のランド上突起を示す平面図である。本発明の実施の形態８における外部端子搭載前のランド上突起を示す平面図である。本発明の実施の形態９における外部端子搭載前のランド上突起を示す平面図である。本発明の実施の形態１０における外部端子搭載前のランド上突起を示す平面図である。（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施例１における半導体装置の製造工程を示す断面図である。（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施例１における半導体装置の製造工程を示す断面図である。（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施例１における半導体装置の製造工程を示す断面図である。本発明の実施例１における半導体装置の製造工程を示す断面図である。本発明の実施例１における半導体装置のめっきレジスト形成後の状態を示す平面図である。（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施例２における半導体装置の製造工程を示す断面図である。本発明の実施例１の変形例における半導体装置の製造工程を示す断面図である。本発明の実施例１，２の変形例における半導体装置を示す断面図である。半導体装置を示す部分的に開口した斜視図である。（ａ）〜（ｃ）は従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。（ａ）〜（ｃ）は従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。（ａ），（ｂ）は従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。（ａ），（ｂ）は従来の半導体装置の検査工程後のランド接合界面のクラックを示す断面図である。（ａ），（ｂ）は従来の半導体装置のランド部接合面積増加方法を示す断面図である。

符号の説明

１半導体素子
２半導体素子電極
３パッシベーション膜
４絶縁樹脂層
５蒸着金属層
６めっきレジスト
６ａ１層目めっきレジスト
６ｂ２層目めっきレジスト
６ｃめっきレジスト開口部
７厚膜金属層
７ａ金属配線
７ｂ金属ランド部
８ソルダーレジスト
９外部端子
１０突起
１０ａ上部突起
１０ｂ下部突起
１１表面処理層
１２樹脂突起
１３クラック
１４ランドと外部端子との界面

Claims

半導体素子の電極上を開口して、前記半導体素子上に形成された絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に形成され、一端が前記半導体素子の電極に接続され、他端が外部端子と接続されてランドとなる金属配線と、前記ランドの接続部分を除き、前記金属配線上と前記絶縁樹脂層上を被覆した表層樹脂層を備えた半導体装置であって、複数の前記金属配線の前記ランドのうち少なくとも１つの前記ランドの上面に上部の少なくとも一部が下部より張り出した形状の突起を設け、前記ランドの上面における前記突起の平面形状が、前記ランドに近接する前記半導体装置の外形縁部に対して直角方向に長手方向を形成していることを特徴とする半導体装置。
半導体素子の電極上を開口して、前記半導体素子上に形成された絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に形成され、一端が前記半導体素子の電極に接続され、他端が外部端子と接続されてランドとなる金属配線と、前記ランドの接続部分を除き、前記金属配線上と前記絶縁樹脂層上を被覆した表層樹脂層を備えた半導体装置であって、複数の前記金属配線の前記ランドのうち少なくとも１つの前記ランドの上面に側壁の少なくとも一部が逆テーパ形状である突起を設け、前記ランドの上面における前記突起の平面形状が、前記ランドに近接する前記半導体装置の外形縁部に対して直角方向に長手方向を形成していることを特徴とする半導体装置。
半導体素子の電極上を開口して、前記半導体素子上に形成された絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に形成され、一端が前記半導体素子の電極に接続され、他端が外部端子と接続されてランドとなる金属配線と、前記ランドの接続部分を除き、前記金属配線上と前記絶縁樹脂層上を被覆した表層樹脂層を備えた半導体装置であって、複数の前記金属配線の前記ランドのうち少なくとも１つの前記ランドの上面に上部の少なくとも一部が下部より張り出した形状の突起を設け、前記ランドの上面における前記突起の平面形状が、前記半導体装置の平面図上の中心から放射状方向に長手方向を形成していることを特徴とする半導体装置。
半導体素子の電極上を開口して、前記半導体素子上に形成された絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に形成され、一端が前記半導体素子の電極に接続され、他端が外部端子と接続されてランドとなる金属配線と、前記ランドの接続部分を除き、前記金属配線上と前記絶縁樹脂層上を被覆した表層樹脂層を備えた半導体装置であって、複数の前記金属配線の前記ランドのうち少なくとも１つの前記ランドの上面に側壁の少なくとも一部が逆テーパ形状である突起を設け、前記ランドの上面における前記突起の平面形状が、前記半導体装置の平面図上の中心から放射状方向に長手方向を形成していることを特徴とする半導体装置。
半導体素子の電極上を開口して、前記半導体素子上に形成された絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に形成され、一端が前記半導体素子の電極に接続され、他端が外部端子と接続されてランドとなる金属配線と、前記ランドの接続部分を除き、前記金属配線上と前記絶縁樹脂層上を被覆した表層樹脂層を備えた半導体装置であって、複数の前記金属配線の前記ランドのうち少なくとも１つの前記ランドの上面に上部の少なくとも一部が下部より張り出した形状の突起を設け、前記半導体装置の対角線上に配置された前記ランドのうち、少なくとも１つの前記ランドの上面における前記突起の平面形状が、前記ランドに近接する前記半導体装置の２つの外形縁部に対して直角方向になるように２方向の長手方向を有する十字形またはＬ字形であることを特徴とする半導体装置。
半導体素子の電極上を開口して、前記半導体素子上に形成された絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に形成され、一端が前記半導体素子の電極に接続され、他端が外部端子と接続されてランドとなる金属配線と、前記ランドの接続部分を除き、前記金属配線上と前記絶縁樹脂層上を被覆した表層樹脂層を備えた半導体装置であって、複数の前記金属配線の前記ランドのうち少なくとも１つの前記ランドの上面に側壁の少なくとも一部が逆テーパ形状である突起を設け、前記半導体装置の対角線上に配置された前記ランドのうち、少なくとも１つの前記ランドの上面における前記突起の平面形状が、前記ランドに近接する前記半導体装置の２つの外形縁部に対して直角方向になるように２方向の長手方向を有する十字形またはＬ字形であることを特徴とする半導体装置。
半導体素子の電極上を開口して、前記半導体素子上に形成された絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に形成され、一端が前記半導体素子の電極に接続され、他端が外部端子と接続されてランドとなる金属配線と、前記ランドの接続部分を除き、前記金属配線上と前記絶縁樹脂層上を被覆した表層樹脂層を備えた半導体装置であって、複数の前記金属配線の前記ランドのうち少なくとも１つの前記ランドの上面に上部の少なくとも一部が下部より張り出した形状の突起を設け、前記半導体装置の外形縁部の近傍から内側へ複数列配置された前記ランドのうち、外周から少なくとも１列全周の前記ランドの上面に前記突起を設け、内側から少なくとも１列の前記ランドに前記突起を設けないことを特徴とする半導体装置。
半導体素子の電極上を開口して、前記半導体素子上に形成された絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に形成され、一端が前記半導体素子の電極に接続され、他端が外部端子と接続されてランドとなる金属配線と、前記ランドの接続部分を除き、前記金属配線上と前記絶縁樹脂層上を被覆した表層樹脂層を備えた半導体装置であって、複数の前記金属配線の前記ランドのうち少なくとも１つの前記ランドの上面に側壁の少なくとも一部が逆テーパ形状である突起を設け、前記半導体装置の外形縁部の近傍から内側へ複数列配置された前記ランドのうち、外周から少なくとも１列全周の前記ランドの上面に前記突起を設け、内側から少なくとも１列の前記ランドに前記突起を設けないことを特徴とする半導体装置。
前記ランドの上面に、複数個の前記突起を並べて配置することにより、長手方向を形成した請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
前記ランドの上面に設けた前記突起の平面形状において、長手方向の長さに対する幅が途中で変化するように、前記突起を形成した請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
前記ランドの上面における前記突起の平面形状において、コーナ角１２０°以上となるよう輪郭に面取りがされているか、あるいは、コーナに丸みが付加されていることにより、コーナのエッジを排除した、前記突起を形成した請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。