JP3602118B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、パッケージ構造を有する半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯機器等の電子機器に搭載される半導体装置の小型化、高密度化及び伝送信号の高周波化が益々求められている。これに伴い、半導体チップの外形サイズとほぼ同じ外形サイズにパッケージングが施された半導体装置であるCSP(Chip Size Package)が注目されている。
【0003】
近年、特に、製造コストの低減化等の目的から、ウェハ状態のまま外部端子形成工程までを完了させた後、ダイシング等によって個片化されたCSPである、WCSP(Waferlevel Chip Size Package)の技術開発が盛んに行われている(例えば、非特許文献1参照)。
【0004】
このWCSPには、半導体チップ上の電極パッドと外部端子とを、当該外部端子を所望位置に再配置させる配線層を介して電気的に接続させた構造を有するものがある。この配線層は、再配線層或いは、パターニング形成されているので、配線パターンとも称する。
【0005】
こうした再配線層を有するWCSPは、再配線層によって配線設計の自由度を向上させることができる利点を有している。
【0006】
その一方で、近年、高密度実装の実現のため、1つのパッケージ内に複数のチップを平面的に配置または半導体チップの厚み方向に積層(スタック)させた、スタックドパッケージ型のMCP(Multi Chip Package)が実用化されつつある(例えば、非特許文献2参照)。
【0007】
また、実装密度をさらに高める構造として、現在、複数のパッケージを半導体チップの厚み方向に積層させる、パッケージ積層(スタック)型のMCPが提案されている(例えば、非特許文献3参照)。
【0008】
【非特許文献1】
日経マイクロデバイス、1999年2月号、p.48−56、図1、図4)
【非特許文献2】
日経マイクロデバイス、2000年2月号、p.50−52、図1)
【非特許文献3】
Amkor Technology社のetCSPTM
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような再配線層を有するWCSPは、既に説明したようにパッケージの外形寸法が半導体チップの外形寸法と実質的に同一であるため、実装面上に配置できる外部端子数が制約される。
【0010】
より詳細には、現状のWCSPは、ファンイン構造、すなわち、外部端子が半導体チップ上方に配置される構造であるため、配置できる外部端子数は最大でも160個(ピン)程度であり、このときの当該外部端子同士の最小間隔(ピッチ)は0.5mm程度である。
【0011】
近年の高集積化に伴う多ピン化の要求に対応するためには、外部端子同士の最小間隔を、例えば、0.4mm程度までに狭めることが必要となる。
【0012】
しかし、外部端子同士の間隔を0.4mm程度とすることは技術的には可能ではあるが、実装基板に実装する際に高度な実装技術を必要とするため望ましくない。
【0013】
また、300ピン程度の多ピンクラスの場合には、外部端子の間隔をどんなに狭めたとしてもこれらピンを実装基板に配置することは困難な場合がある。
【0014】
そこで、配線基板上に半導体チップを搭載したパッケージであって、外部端子を配線基板の裏面全体に配置できる構造とした、ワイヤボンディング(以下、単にWBと称する場合もある。)方式採用のBGA(Ball Grid Array)やLGA(Land Grid Arrey)が提案されている。
【0015】
しかしながら、ワイヤボンディング(以下、単にWBと称する場合もある。)方式が通常採用されるこれら構造の場合には、WB部分のインダクタンスが高いため、半導体チップ内の回路とのインピーダンス整合を図るのが困難である。また、ボンディングパッドを具える配線基板等が必要であるため、パッケージが厚くなるだけでなく製品コストの増大を招いてしまう。
【0016】
一方、ワイヤレスボンディングとしてフリップチップ方式が提案されているが、半導体チップ上のパッド(電極パッド)同士の間隔が0.1mm以下となることから高価なビルドアップ基板を必要とするうえに、フリップボンディングの加工に長時間を要するため量産には適さない。
【0017】
また、上述したようなスタックドパッケージ型のMCPにおいても、WB方式を採用した構造の場合には、既に説明したのと同様に、WBに起因するインダクタンスの増大やパッケージ外形及びパッケージ厚の増大等の問題が発生する。
【0018】
また、上述したようなパッケージ積層型のMCPにおいても、WB方式を採用した構造の場合には、既に説明したのと同様に、WBに起因するインダクタンスの増大やパッケージ外形及びパッケージ厚の増大等の問題があるだけでなく、当該MCPをファンイン構造とすることができないため、MCPの多ピン化には不向きとされている。
【0019】
そこで、この発明の目的は、今後さらにその適用範囲の拡大が切望されるWCSP構造に基づいて、その実装面を拡げることにより多ピン化を実現できるとともに、従来よりも小型化(パッケージサイズの小型化及び薄型化)が図れ、且つ、パッケージ積層型MCP等を設計できる半導体装置を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
半導体装置は、複数の第1電極パッド及び複数の第2電極パッドをその主表面に具える半導体チップを含んでいる。
【0021】
複数の第1配線部は、複数の第1電極パッド各々と電気的に接続され、主表面と実質直交する第1突出部を各々有している。
【0022】
複数の第2配線部は、複数の第2電極パッド各々と電気的に接続され、主表面と実質直交する第2突出部を各々有している。
【0023】
第1配線層は、複数の第1配線部各々と電気的に接続されている。
【0024】
複数の第1導電部は、複数の第2配線部各々と電気的に接続されている。
【0025】
封止層は、半導体チップの周囲と主表面とを、第1配線層及び複数の第1導電部の表面を露出させるようにして、覆っている。
【0026】
このとき、第1配線層は、封止層の表面に設けられていて、封止層の表面の領域のうち、主表面の直上の領域から直上の領域から外れた外側の領域へと延在している。
【0027】
複数の第1導電部は、封止層の表面に設けられていて、封止層の表面領域のうち、主表面の直上領域内に延在している。
【0028】
複数の第1外部端子は、外側の領域に設けられていて、かつ第1配線層の該外側の領域へと延在している部分と電気的に接続されている。
【0029】
複数の第2外部端子は、直上の領域に設けられ、かつ複数の第1導電部各々と電気的に接続されている。
【0030】
このとき、隣り合う複数の第1外部端子同士間の距離は、隣り合う複数の第2外部端子同士間の距離よりも長くしてある。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、図1から図9を参照して、この発明の実施の形態及び参考例につき説明する。
尚、各図は、この発明に係る半導体装置の一構成例を概略的に示してある。また、各図は、この発明が理解できる程度に各構成成分の形状、大きさ及び配置関係を概略的に示してあるに過ぎず、この発明をこれら図示例に限定するものではない。また、図を分かり易くするために、断面を示すハッチング(斜線)は一部分を除き省略してある。また、以下の説明において、特定の材料及び条件等を用いることがあるが、これら材料及び条件は好適例の一つに過ぎず、従って、何らこれらに限定されない。また、各図において同様の構成成分については同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。また、以下の説明では、半導体装置や半導体チップの平面形状を四角形として説明するが、これらの形状は設計に応じて任意好適な形状とすることが出来る。
【0032】
<第1の参考例>
図1から図4を参照して、第1の参考例に係る半導体装置およびその製造方法につき説明する。図1(A)は、この半導体装置10を概略的に示す平面図である。また、図1(B)は、図1を破線部分P−P’線に沿って切断して得られる切り口(断面)を図中矢印方向から見た概略断面図である。尚、図1(A)では、図中破線Qで囲まれた領域(以下、Q領域と称する。)を除き、第1配線層(第1再配線層)20、第2配線層(第2再配線層)21、第1外部端子(第1半田ボール)22及び第2外部端子(第2半田ボール)24の配置関係の図示を省略してある(以下の各実施の形態及び参考例についても同様)。図中、第1配線層20は太い実線で示され、また、第2配線層21は太い破線で示されている。
【0033】
図1(A)に示すように、この半導体装置10は半導体チップ15を具え、この半導体チップ15には回路素子が形成されている。この半導体チップ15の主表面上には、複数の電極パッドが設けられている。電極パッドとして、例えば、アルミニウム(Al)からなる第1及び第2電極パッド(14a、14b)が半導体チップ15の外周に沿って所定間隔毎に配置されている。尚、図1(A)に示す例では、半導体チップ15の平面形状は四角であるので、当該四角の各辺に沿ってこれら第1及び第2電極パッド(14a、14b)を直線状に配列させているが、電極パッド14の配置個数と位置はこれに限られず、例えば、半導体チップ15上に一組だけ対向配置された場合等であっても良い(以下の各実施の形態についても同様である)。
【0034】
この構成例では、図中Q領域に示すように、第1電極パッド14aと、この第1電極パッド14aと接続関係が指定されている、すなわちこの第1電極パッド14aに対応する第1半田ボール22とが、例えば、銅(Cu)からなる第1及び第2再配線層(20、21)を介して電気的に接続されている。同時に、第2電極パッド14bとそれに対応する第2半田ボール24とが第2再配線層21を介して電気的に接続されている。
【0035】
より具体的には、図1(B)に示すように、半導体チップ15上に、これら電極パッド(14a、14b)(ここでは、第1電極パッド14aのみが図示されている。)の表面、例えば、パッドの頂面を露出させるようにパッシベーション膜11及び保護膜13を順次に具える絶縁膜16が形成されている。ここでは、例えば、パッシベーション膜11をシリコン酸化膜(SiO2)とし、保護膜13を半導体チップ15に対する衝撃や応力集中を緩和するポリイミド樹脂膜のような低硬度な膜とする。
【0036】
第1電極パッド14aの各々は、第1配線部35の各々と電気的に接続されている。それぞれの第1配線部35は、専用の第2再配線層21と、半導体チップの主表面15aと実質的に直交する第1突出部(第1ポスト部)である第2導電部26とを具えた構成である。また、各第1配線部35は、第1配線部35の突出方向と実質直交する第1方向(図中、矢印a方向)に延在している第1再配線層20と電気的に接続されている。この構成例では、第1電極パッド14aと第1半田ボール22との間に第2再配線層21が介在された構成であるが、例えば、第1電極パッド14aの直上に形成された第1ポスト部26に第1再配線層20が接続された構成であっても良く、目的や設計等に応じて任意に選択可能である。
【0037】
また、第2電極パッド14b(図1(A)参照)の各々は、第2配線部37の各々と電気的に接続されている。それぞれの第2配線部37は、専用の第2再配線層21と、半導体チップの主表面15aと実質的に直交する第2突出部(第2ポスト部)である第2導電部32とを具えた構成である。また、各第2配線部37は、第1再配線層20と同一材料からなる第1導電部31と電気的に接続されている。
【0038】
また、第1再配線層20の表面と第1導電部31の表面とが露出される高さまでエポキシ樹脂等が覆われており、封止層40が形成されている。好ましくは、これら双方の表面と封止層の表面とで平坦面を形成しているのが良い。
【0039】
また、当該封止層40上に形成されたポリイミド樹脂等による表面保護膜42の開口から露出する第1再配線層20及び第1導電部31の露出表面には、実装基板(プリント基板)(不図示)等への接続用バンプとなる、第1半田ボール(第1外部端子)22及び第2半田ボール(第2外部端子)24がそれぞれ形成されている。
【0040】
この例では、上述した第1配線部35と接続される第1再配線層20は、第1再配線層20の延在方向(=第1方向(図中、矢印a方向))に対して実質直交する第2方向(図中、矢印b方向)、すなわち、半導体チップの主表面15aに垂直な方向の上方から半導体チップ15を平面的に見たときに、半導体チップ15の平面的領域内からその領域の輪郭線の外側にまで延在されている。
【0041】
このように設けられた第1再配線層20を利用することにより、第1半田ボール22を当該半導体チップ15の輪郭線の外側、すなわち、半導体チップ15外の領域の所望位置に配置できるので、ファンアウト構造を形成することができる。
【0042】
さらに、この例では、絶縁膜16から突出している第1配線部35と第1再配線層20とが、封止層40という、同一の埋設層中に埋設されている。
【0043】
従来のファンアウト構造(WB方式等)の場合は、信号の伝送経路(配線)は複数の材料と境界を形成する構成であった。
【0044】
そのため、従来の構成における伝送経路は、周辺環境の変動によって硬化収縮及び熱膨張或いは衝撃等の影響を受け、その結果、半導体装置の電気的特性が劣化する恐れがあった。
【0045】
しかし、このように第1配線部35と第1再配線層20とを同一の埋設層(ここでは、封止層40)中に埋設することにより、信号の伝送経路との境界を構成する材料が単一となる。
【0046】
よって、従来のように、信号の伝送経路と境界を形成する材料が複数であることに起因して発生していた応力の集中等を抑制できるので、周辺環境等に拘わらず高い信頼性を維持することができる。
【0047】
さらに、このように、埋設層を半導体装置10を保護する目的で形成する封止層40とすることにより、ファンアウト構造を形成するための配線層基材(インターポーザ)に対応する部分と封止層とを同時形成できるので製造工程数の増大を抑制することができる(説明後述)。
【0048】
この構成例での半導体チップ15のうち各第1電極パッド14aからの出力信号は、第1配線部35及び第1再配線層20を順次に経て第1半田ボール22に伝送される。また、各第2電極パッド14bからの出力信号は、第2配線部37及び第1導電部31を経て第2半田ボール24に伝送される。また、第1及び第2半田ボール(22、24)からの入力信号は、上述とは逆の経路を経て伝送される。
【0049】
続いて、図2から図4を参照して、この半導体装置10の製造方法につき以下説明する。
【0050】
先ず、第1積層体形成工程として、半導体チップ15上に、当該半導体チップ15と電気的に接続され、半導体チップの主表面15aと実質直交する、すなわち主表面に実質的に鉛直に突出する、第1突出部(第1ポスト部)である第2導電部26と第2突出部(第2ポスト部)である第2導電部32とをそれぞれ形成する。
【0051】
こうして、第1半導体チップ15上に、第2再配線層21及び第2導電部26を具える第1配線部35と、第2再配線層21及び第2導電部32を具える第2配線部37とを有する第1積層体50を形成する。周知の通り、それぞれの半導体チップ15には電極パッドが設けられている。尚、図2(A)〜図2(D)に示す構成例では、第1及び第2の、2つの電極パッド14a、14bが設けられているが、図には第1電極パッド14aのみを示してある。
【0052】
この第1積層体50の形成に当たり、先ず、通常の不純物拡散処理等のウェハプロセスによって複数の回路素子を具える半導体チップ15が複数並設されたウェハ23上に、パッシベーション膜としてシリコン酸化膜11と保護膜としてのポリイミド樹脂膜13とを順次に設ける。これら膜の積層によって絶縁膜16を形成する。尚、図中には便宜上2個の半導体チップ15のみが図示されているが、これに限定されるものではない。
【0053】
その後、絶縁膜16の表面上にホトレジスト(不図示)を形成した後、ホトリソグラフィー工程を行って、第1及び第2電極パッド14a、14bの表面、すなわち、頂面に対応する絶縁膜16の部分を開口する(図2(A))。
【0054】
その後、半導体チップの主表面15a側を覆うように、例えば、銅(Cu)膜をスパッタ等によって形成した後、ホトリソグラフィー工程を行って第2再配線層21を形成する。それぞれの第2配線層21の形成位置は、第1及び第2半田ボール(22,24)を所望位置に配置可能とする位置とする(図2(B))。
【0055】
続いて、各第2再配線層21上に、銅からなる第1突出部(第1ポスト部)26と第2突出部(第2ポスト部)32とを電解メッキ法等によってそれぞれ形成する(図2(C))。こうして、半導体チップの主表面15a上に、この面と実質直交するように突出された第1突出部26を有する第1配線部35、及び同じく当該面と実質直交するように突出された第2突出部32を有する第2配線部37が得られる。
【0056】
その後、ブレード(切削工具)等によって各半導体チップ15毎に個片化し、半導体チップ15上に、第1及び第2配線部35、37を具える第1積層体50を得る(図2(D))。
【0057】
さらに、好ましくは、得られた第1積層体50のうち絶縁膜16の露出面に対し、後述する第3積層体形成工程を行う前までに、第2の表面改質工程を実施するのが良い。この表面改質工程は、絶縁膜16の露出している表面に対する極性基導入処理である。
【0058】
この極性基導入は、プラズマ処理によって行われ、この処理によって、絶縁膜16の露出面に付着している有機物を除去し、かつ当該絶縁膜16の露出面に極性基を形成する。これにより、露出している、絶縁膜16の表面と後工程で形成される封止層40との密着性を向上させることができる。また、この極性基導入処理は、処理条件として、例えば、酸素プラズマ出力を0.1KWから1KWの範囲内の値とし、処理時間を30秒から180秒の範囲内の値とし、処理温度を50℃から100℃の範囲内の値で行うことができる。
【0059】
次に、第2積層体形成工程によって、仮基板63とこの仮基板63上に設けられた第1再配線層20と第1導電部31とを有する第2積層体60を形成する。この場合、先ず、仮基板63を用意する。この仮基板63は、好ましくは、シリコン基板61とその表層として設けられた絶縁層であるポリイミド膜62とによって構成するのが良い。また、この仮基板63は、半導体チップ15の外形寸法よりも大きなチップ搭載面を有する。尚、当該搭載面のうち、半導体チップ15が実際に載置される面領域を搭載領域または載置面とも称する。
【0060】
次に、第1再配線層20を、仮基板63の該搭載面上の所定位置に、第1積層体50を搭載したとき、第1積層体50側のそれぞれ対応するすなわち接続が指定されている、第1積層体50の第1配線部35とそれぞれ接触可能となるように、配置して設ける。さらに、これら第1再配線層20を、仮基板63の搭載面上を、第1積層体50の対向領域内から非対向領域内へと延在するように、配置して設ける。
【0061】
また、このとき、仮基板63上に、第1再配線層20と同一材料からなる第1導電部31を、それぞれ対応するすなわち接続が指定されている、第1積層体50の第2配線部37と接触可能となる位置に同時に形成する。これら第1再配線層20及び第1導電層31は、例えば、ポリイミド膜62上にスパッタ等によって銅膜形成した後、ホトリソグラフィー工程を行うことにより同時形成することができる。
【0062】
このように、第1半田ボール22をさらに所望位置に配置可能とするための第1再配線層20が得られる。尚、この第2積層体60の形成には、前述の第1積層体50の形成と同一のWCSP配線プロセスを適用できるので、半導体装置の製造コストの上昇を抑制できる。
【0063】
このようにして、各第1積層体50に対応する第1再配線層20及び第1導電部31が共通の仮基板63上に形成された、第2積層体60を得る(図3(A))。さらに、この構成例では、スパッタ等によって絶縁層62上に銅膜を形成する前に、第1の表面改質工程として、絶縁層62の表面に対する灰化処理(アッシング)等を行っておくのが好ましい。
【0064】
そうすることにより、当該絶縁層62の表面には炭化した有機物等からなる灰化層が形成される。これにより、露出している絶縁層62の表面と後工程にて形成される封止層40との密着性を低下させることができ、剥離工程が容易になされる。また、この灰化処理は、処理条件として、例えば、酸素プラズマ出力を2KWから5KWの範囲内の値とし、処理時間を200秒から5000秒の範囲内の値とし、酸素プラズマ、処理温度を50℃から100℃の範囲内の値で行うことができる。
【0065】
次に、接合工程として、上述した仮基板63上の搭載面上の所定領域に、すなわち搭載領域に、第1積層体50を搭載して、第1再配線層20と第1配線部35とを接触させるとともに、第1導電部31と第2配線部37とを接触させる。
【0066】
然る後、図3(B)に示すように、第1配線部35が有する第1突出部26と第1再配線層20との接触部分、及び第2配線部37が有する第2突出部32と第1導電部31との接触部分を、例えば、半田等を用いてそれぞれ接合する。
【0067】
さらに、この構成例では、第1及び第2配線部(35、37)、第1再配線層20及び第1導電部31のそれぞれの露出している表面に対し、第3積層体形成工程を行う前までに、第3の表面改質工程として、酸化処理を行っておくのが好ましい。
【0068】
この表面酸化処理により、第1及び第2配線部(35、37)、第1再配線層20及び第1導電部31の露出面に酸化膜が形成される。この酸化膜により、露出している第1及び第2配線部(35、37)、第1再配線層20及び第1導電部31の表面と後工程で形成される封止層40との密着性を向上させることができる。また、この酸化処理(熱酸化処理)は、例えば、大気雰囲気中で処理温度を50℃から100℃の範囲内の値とし、及び処理時間を10分から60分の範囲内とする処理条件下で行うことができる。この他に酸化処理を、他の処理条件、すなわち、例えば、窒素(N2)雰囲気中で処理温度を150℃から200℃の範囲内の値とし、及び、処理時間を30分から120分の範囲内の値で行うこともできる。
【0069】
次に、第3積層体形成工程として、上述した接合工程の後、第1積層体50と第1再配線層20とを封止層で覆い(封止)、第1積層体50及び第2積層体60を含む第3積層体70を形成する。
【0070】
このため、先ず、第1積層体50、第1再配線層20及び第1導電部31が埋設されるように、スピン塗布等によりエポキシ樹脂を塗布して封止層40を形成する。その後、キュアリングによりエポキシ樹脂を硬化させて、第3積層体70を得る(図3(C))。
【0071】
次に、剥離工程として、第3積層体70から仮基板63を剥離する。
【0072】
そこで、例えば、第1積層体50の対向する2つの面のうち、半導体チップ15の電極パッド(14a、14b)形成面(主表面)とは反対側の面(図中Xで示す裏面)を真空吸引装置を用いて吸引するか、或いは、第2積層体60の対向する2つの面のうち、絶縁層62の形成面(搭載面)とは反対側の面(図中Yで示す裏面)を真空吸引装置を用いて吸引するかによって、第1積層体50側か又は第2積層体60側のいずれか一方を他方から遠ざかるように引き離して剥離する。
【0073】
第3積層体70から仮基板63のみが引き剥がされることにより、第1再配線層20及び第1導電部31が第1積層体50側に転写される。
【0074】
その結果、封止層40によって、第1再配線層基材(インターポーザ)に対応する部分が一括形成された第4積層体80が得られる(図4(A))。
【0075】
また、この剥離工程を行う前の段階で、上述した第1〜第3の表面改質工程を適宜行っているため、この仮基板63の引き剥がしを容易に且つ信頼性良く行える。
【0076】
その後、第4積層体80における裏面Xと対向する面全面にポリイミド樹脂等を形成した後、ホトリソグラフィー法によって外部端子形成領域を開口して表面保護膜42を形成する。その後、開口から露出する外部端子搭載面となる第1再配線層20及び第1導電部31上に、第1及び第2半田ボール(22、24)をそれぞれリフロー形成する。尚、必要に応じて、外部端子搭載面と各半田ボール(22、24)との間にバリアメタル層等を形成しても良い(図4(B))。
【0077】
その後、高速回転するブレード(切削工具)等(不図示)によって、半導体装置間を切断して、各半導体装置(パッケージ)10毎に切り出す(図1(B)参照)。
【0078】
上述した説明から明らかなように、この半導体装置とその製造方法によれば、ファンアウト部にも外部端子が配置された構造(ファンアウト構造)とすることができ、よって、通常のWCSPよりも多ピン化に対応できる半導体装置となる。
【0079】
そのため、従来の半導体装置によれば、通常のWCSPのチップサイズを多ピン化のためにのみ不所望に増大させてしまい、ウェハ1枚当たりのチップ収集数を低減させてしまっていたが、この参考例によれば、チップサイズに拘わらずファンアウト構造の半導体装置を得ることができる。
【0080】
また、例えば、高周波信号を伝送する場合には、WB方式に比べて当該信号の減衰を効果的に抑制でき、当該信号線の特性インピーダンスと半導体チップのインピーダンスとの整合が容易に図れるため、優れた高周波特性を有する半導体装置となる。
【0081】
さらに、この構成例では、インターポーザを介在させてファンアウト構造とする従来例とは異なり、封止層によって当該インタポーザに対応する部分が形成されている。
【0082】
その結果、これまでのように信号の伝送経路(配線)との境界を構成する材料が複数であったために発生していた応力の集中等を抑制できるので、高信頼性が維持される半導体装置となる。
【0083】
また、封止層とインタポーザに対応する部分とを封止材によって一括形成することができるうえに、第2積層体60側の配線層(第1再配線層、第1導電部31)を転写によって第1積層体50に精度良く形成できるので製品コストを低減できる。
【0084】
<第2の参考例>
図5を参照して、第2の参考例に係る半導体装置につき説明する。
【0085】
この例では、封止層40にこの封止層40の表裏を導通する導体部が形成されており、この導体部の一端は第1再配線層20と電気的に接続されている点が第1の参考例との主な相違点である。また、第1の参考例で既に説明した構成要素と同一の構成要素には同一の番号を付して示し、その具体的な説明を省略することもある(以下、第3〜第4の参考例及び各実施の形態についても同様)。
【0086】
図5に示すように、この例の半導体装置100の封止層40には、例えば、貫通孔38が設けられており、これら貫通孔38の内壁全面に導体部(例えば、銅)39が当該封止層40の表裏間を貫通するように設けられている。そして、この導体部39の一端は第1再配線層20と電気的に接続されており、他端は封止層40から露出させておく。
【0087】
また、この例の半導体装置100の製造方法は、第1の参考例で説明した第2積層体形成工程において第1再配線層20を形成した後であって、接合工程の前に、当該第1再配線20上の所定位置に、ホトリソグラフィー工程及び電解メッキ法等によって銅からなる導体部39を形成しておく以外は、第1の参考例と同様である。尚、導体部は銅のみに限られず、例えば、樹脂材料からなるコア部を包囲するように設けられたニッケル(Ni)や金(Au)等であっても良い。
【0088】
上述した説明から明らかように、この参考例では、第1の参考例と同様の効果を得ることができる。
【0089】
さらに、この参考例では、封止層40の表裏を貫通する導体部を設けたことにより各回路素子からの発熱を効果的に放熱できる。よって、各回路素子の発熱による損傷を抑制できるとともに、この構成例をハイパワーデバイス等の高発熱デバイスに適用させることができる。
【0090】
<第3の参考例>
図6を参照して、第3の参考例に係る半導体装置につき説明する。
【0091】
この参考例では、導体部39の他端に、この他端と電気的に接続される他の半導体装置115が半導体チップ15の厚み方向に積層されている点が第2の参考例との主な相違点である。
【0092】
図6に示すように、この例の半導体装置(パッケージ積層型MCP)110は、既に説明した第2の参考例の半導体装置100の導体部39の他端と他の半導体装置115が具える半田ボール25とを、電気的に接続させた構成である。尚、他の半導体装置115は、半導体装置100と接続可能な外部端子を具えていれば良く、構造の詳細については、この発明の本質部分ではないためその詳細な説明は割愛する。
【0093】
また、この例の半導体装置110の製造方法は、第2の参考例の半導体装置100及び他の半導体装置115を、リフロー処理によって、互いに半田接続すれば良い。
【0094】
上述した説明から明らかように、この参考例では、第1の参考例と同様の効果を得ることができる。
【0095】
さらに、この参考例では、例えば、半導体装置100をDRAM(Dynamic Random Access Memory)を具える構成とし、他の半導体装置115をフラッシュメモリを具える構成とするなどして、より高密度実装が実現されたパッケージ積層型MCPが得られる。
【0096】
また、従来のWB方式のパッケージ積層型半導体装置では困難であったファンイン構造が可能となるため、パッケージサイズの小型化及び薄膜化を図ることができる。
【0097】
<第4の参考例>
図7を参照して、第4の参考例に係る半導体装置につき説明する。
【0098】
この参考例では、半導体チップのうち配線部(35、37)が突設される面と対向する面、すなわち、裏面X(図4(A)参照)には導電層41が形成されており、この導体層41は導体部39の他端と電気的に接続されている点が第2の参考例との主な相違点である。
【0099】
図7に示すように、この参考例の半導体装置120は、当該半導体装置の裏面X、すなわち、半導体チップ15の裏面の少なくとも一部領域に導電部39と電気的に接続される導電層41を具えている。
【0100】
例えば、完全空乏化型のSOI(Silicon on insulator) CMOSのなかには、僅かな電源電圧変動によってその安定動作が確保されないことから、裏面電位を必要とするものがある。
【0101】
そこで、この構成例では、完全空乏化型SOIのCMOS等の安定動作を確保させるために、半導体チップ15の裏面を所望電位(電源或いは接地(グランド)電位)とするための導電層41が設けられている。尚、この導電層41として、例えば、銅、ニッケル、金、パラジウム(Pd)及びチタン(Ti)のいずれか一つからなる層若しくはこれら各層を複数積層させた層とすることができる。
【0102】
また、この参考例の半導体装置120の製造方法は、例えば、第2の参考例によって得られた半導体装置100を裏返し、露出する半導体チップ15の裏面に対して任意好適な成膜方法(スパッタ等)で導電層41を形成する。
【0103】
上述した説明から明らかように、この参考例では、第1の参考例と同様の効果を得ることができる。
【0104】
さらに、この構成例では、半導体チップ15に裏面電位(例えば、電源または接地電位)をとるための導電層41が設けられているため、この参考例の構成を、裏面電位が必要な半導体装置に対し好適に適用して、この半導体装置の所望の電気的特性を保証できる。
【0105】
<第1の実施の形態>
図8を参照して、この発明の第1の実施の形態に係る半導体装置につき説明する。この実施の形態では、第1外部端子である第1半田ボール22同士間の距離(すなわちピッチ)が、第2外部端子である第2半田ボール24同士間の距離(すなわちピッチ)よりも長くなるように設けられている点が第1の参考例との主な相違点である。
【0106】
図8に示すように、この実施の形態の半導体装置130は、ファンアウト部に形成された隣合う第1半田ボール22の間隔rを、ファンイン部に形成された隣合う第2半田ボール24の間隔sよりも長くなるように設けてある。
【0107】
実装面に配置する半田ボール数の増量(すなわち多ピン化)に伴い、当該半田ボール間距離もある程度狭められた配置設計となる場合がある。
【0108】
このようなとき、各外部端子に対応する実装基板(例えば、プリント基板)の配線を引き回すために、当該実装基板にはラインアンドスペースが狭められた高密度なものが要求される。しかし、高密度な配線パターニングが施された実装基板は高価であり、製造コストを低減する観点から望ましくない。
【0109】
そこで、この構成例では、第1半田ボール22の間隔rを第2半田ボール24の間隔sに比して拡げて設けてあるので、ラインアンドスペースの緩和を顕著に図ることができるとともに、安価な実装基板を使用することができる。
【0110】
上述した説明から明らかように、この実施の形態では、第1の参考例と同様の効果を得ることができる。
【0111】
さらに、この実施の形態では、第1の参考例に比べて安価な実装基板を使用でき、よって、第1の参考例よりも製品コストを低減できる。
【0112】
<第2の実施の形態>
図9を参照して、この発明の第2の実施の形態に係る半導体装置につき説明する。
【0113】
この実施の形態では、第1半田ボール22の直径が、第2半田ボール24の直径よりも大きくなるように設けられている点が第1の実施の形態との主な相違点である。
【0114】
図9に示すように、この実施の形態の半導体装置140は、ファンアウト部に形成された第1半田ボール22の直径tが、ファンイン部に形成された第2半田ボール24の直径uよりも大きくなるように設けてある。
【0115】
実装基板に対して実装された半田ボール(22、24)のうち、特に、外側に形成される第1半田ボール22は、半導体装置駆動時の温度変動や衝撃等のダメージを受け易く、断線を引き起こす場合もある。
【0116】
そこで、この構成例では、ダメージを受け易い第1半田ボール22の直径tを、第2半田ボール24の直径uよりもあらかじめ大きく設けることにより、周辺環境の変動等から第1半田ボール22を効果的に保護することができる。
【0117】
上述した説明から明らかように、この実施の形態では、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0118】
さらに、この実施の形態では、第1の実施の形態よりも実装基板に対する半田ボールの接続を確実に維持することができる。
【0119】
以上、この発明は、上述した参考例及び実施の形態の組合せのみに限定されない。よって、任意好適な段階において好適な条件を組み合わせ、この発明を適用することができる。
【0120】
例えば、上述した参考例及び各実施の形態では、ファンイン/ファンアウト構造を有する半導体装置について説明したが、目的や設計に応じてファンアウト構造のみを有する場合であっても良い。
【0121】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、この発明によれば、半導体チップ上方すなわち真上(ファンイン部)はもとより半導体チップ上方以外の領域(ファンアウト部)にも外部端子を配置できる構造となるため、通常のWCSPに比べて多ピン化に対応可能なファンアウト構造の半導体装置を得ることができる。
【0122】
また、こうして得られる半導体装置は、半導体チップと外部端子とを上述したような再配線層を介して電気的に接続することができるので、WB方式を採用する構造に比べて優れた高周波特性を有するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は、第1の参考例の半導体装置を示す概略平面図であり、(B)は、第1の参考例の半導体装置の一部を示す概略断面図である。
【図2】(A)〜(D)は、第1の参考例の半導体装置の製造工程の説明に供する概略断面図である。
【図3】(A)〜(C)は、第1の参考例の半導体装置の製造工程の説明に供する概略断面図である。
【図4】(A)及び(B)は、第1の参考例の半導体装置の製造工程の説明に供する概略断面図である。
【図5】第2の参考例の半導体装置の一部を示す概略断面図である。
【図6】第3の参考例の半導体装置の一部を示す概略断面図である。
【図7】第4の参考例の半導体装置の一部を示す概略断面図である。
【図8】この発明の第1の実施の形態の半導体装置の一部を示す概略断面図である。
【図9】この発明の第2の実施の形態の半導体装置の一部を示す概略断面図である。
【符号の説明】
10、100、110、120、130、140:半導体装置
11:シリコン酸化膜
13:ポリイミド樹脂
14a:第1電極パッド
14b:第2電極パッド
15:半導体チップ
15a:半導体チップの主表面
16:絶縁膜
20:第1配線層(第1再配線層)
21:第2配線層(第2再配線層)
22:第1半田ボール(第1外部端子)
23:ウェハ
24:第2半田ボール(第2外部端子)
25:半田ボール
26:第2導電部(第1ポスト部(第1突出部))
31:第1導電部
32:第2導電部(第2ポスト部(第2突出部))
35:第1配線部
37:第2配線部
38:貫通孔
39:導体部
40:封止層
41:導電層
42:表面保護膜
50:第1積層体
60:第2積層体
61:シリコン基板
62:ポリイミド膜(絶縁層)
63:仮基板
70:第3積層体
80:第4積層体
115:他の半導体装置
Claims (2)
- 複数の第1電極パッド及び複数の第2電極パッドをその主表面に具える半導体チップと、
複数の前記第1電極パッド各々と電気的に接続され、前記主表面と実質直交する第1突出部を各々有する複数の第1配線部と、
複数の前記第2電極パッド各々と電気的に接続され、前記主表面と実質直交する第2突出部を各々有する複数の第2配線部と、
複数の前記第1配線部各々と電気的に接続される第1配線層と、
複数の前記第2配線部各々と電気的に接続される複数の第1導電部と、
前記半導体チップの周囲と主表面とを、前記第1配線層及び複数の前記第1導電部の表面を露出させるようにして、覆っている封止層とを具えており、
前記第1配線層は、前記封止層の表面に設けられていて、該封止層の表面の領域のうち、前記主表面の直上の領域から該直上の領域から外れた外側の領域へと延在し、
複数の前記第1導電部は、前記封止層の表面に設けられていて、該封止層の表面領域のうち、前記主表面の直上領域内に延在していて、
前記外側の領域に設けられていて、かつ前記第1配線層の該外側の領域へと延在している部分と電気的に接続されている複数の第1外部端子と、
前記直上の領域に設けられ、かつ複数の前記第1導電部各々と電気的に接続されている複数の第2外部端子とをさらに具えており、
隣り合う複数の前記第1外部端子同士間の距離は、隣り合う複数の前記第2外部端子同士間の距離よりも長い
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、前記第1外部端子の直径は前記第2外部端子の直径よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
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