半導体装置およびその製造方法
【課題】半導体チップと外部基板を接合する接合樹脂による接合応力を均一化し、半導体チップのトランジスタ特性変動が生じない半導体装置を提供する。
【解決手段】フリップチップ組立において、半導体チップ１と外部基板１３の間に接合樹脂１７を注入して接合させる際、本接合樹脂を２種類にわけ、半導体チップ１の中心部分には低応力接合樹脂２３、周辺部分には高応力接合樹脂２１を注入したり、半導体チップ１の中心部分にはＳｉＮ等をはじめとした第１層表面保護膜とポリイミドやＰＢＯ等をはじめとした第２層表面保護膜の２層構造、周辺部分にはＳｉＮ等をはじめとした第１層表面保護膜の１層構造とすることにより、半導体チップ１内のトランジスタ特性変動を抑制する。
【解決手段】フリップチップ組立において、半導体チップ１と外部基板１３の間に接合樹脂１７を注入して接合させる際、本接合樹脂を２種類にわけ、半導体チップ１の中心部分には低応力接合樹脂２３、周辺部分には高応力接合樹脂２１を注入したり、半導体チップ１の中心部分にはＳｉＮ等をはじめとした第１層表面保護膜とポリイミドやＰＢＯ等をはじめとした第２層表面保護膜の２層構造、周辺部分にはＳｉＮ等をはじめとした第１層表面保護膜の１層構造とすることにより、半導体チップ１内のトランジスタ特性変動を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の構造、特に、基板内部に半導体回路を有する半導体チップが外部基板に実装されてなる半導体装置の構造およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置として、内部に例えばトランジスタ等の半導体回路が形成され、表面に例えばバンプ等の突起電極が形成されてなる半導体チップが、例えばパッケージ基板等の外部基板に突起電極を介して実装されてなる構造のものがある。
【０００３】
図１５は従来の半導体チップ９０１の断面構造を示したものである。
半導体チップ９０１は、本図に示すように、ＳｉやＧａＡｓなどの半導体ウェハ９０３の中に、後述の半導体装置を構成するトランジスタ９０５を備える。
【０００４】
この半導体チップ９０１の表面には外部装置との電気的接合をとるための電極パッド９０７が設けられている。通常、この電極パッド９０７はＡｌなどで形成されている。なお、トランジスタ９０５は、電極パッド９０７の下方以外の部分にも形成されている。
【０００５】
半導体チップ９０１の表面であって電極パッド９０７以外の部分は表面保護膜９０９で覆われている。通常、この表面保護膜９０９はＳｉＮなどで形成されている。電極パッド９０７の上部（上面）には、外部装置、具体的にはパッケージ基板をはじめとする外部基板と電気的接合を取るためのバンプ９１１が形成される。通常、このバンプ９１１にははんだ、Ａｕ、Ｃｕなどが用いられ、通常、めっき方式などで形成される。
【０００６】
図１６は図１５で示した半導体チップ９０１を外部基板９１３に接合させた場合の断面構造を示したものである。
通常、複数のチップが形成された半導体ウェハをダイシングなどで個片化して半導体チップ９０１とし、その後、半導体チップ９０１上に形成したバンプ９１１を、外部装置の外部基板９１３上の外部電極９１５に圧着させて電気的な接合を行う。
【０００７】
そして、半導体チップ９０１と外部基板９１３との間に接合樹脂９１７を注入して接合が完了し、半導体装置９１９が完成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１３５３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の半導体装置９１９の構造では、半導体チップ９０１と外部基板９１３とを接合する接合樹脂９１７が半導体チップ９０１内のトランジスタ９０５に悪影響を与えるという問題がある。
【００１０】
図１７は、図１６で示したように、従来の構造である半導体チップ９０１をパッケージ基板である外部基板９１３に接合させた場合、接合樹脂９１７による接合応力がトランジスタ９０５にどのように作用するかを示した図である。
【００１１】
本図に示すように、接合樹脂９１７の熱収縮による応力が半導体チップ９０１を外部基板９１３側へと引き上げ方向に作用し、結果的に、トランジスタ９０５に対して変形させようとする応力が作用する。
【００１２】
特に、このような接合に用いられる一般的な接合樹脂９１７の特性により、接合樹脂９１７による半導体チップ９０１に作用する応力のうち、半導体チップ９０１の周縁に近い外周部分の応力９２１が、外周部分の内側に位置する内周部分の応力９２３よりも小さくなってしまう現象が発生する。なお、外周部分に作用する応力を外周部分応力９２１と、内周部分に作用する応力を内周部分応力９２３とそれぞれする。
【００１３】
これにより、半導体チップ９０１の外周部分に位置するトランジスタ９０５ａと、内周部分に位置するトランジスタ９０５ｂとで、トランジスタ特性が大きく異なり、最終的に回路異常を引き起こす恐れがある。
【００１４】
なお、ここでいう「トランジスタ特性」とは、例えば、トランジスタのＶｔ（閾値電圧値）やＩｄｓａｔ（飽和電流値）のことを指し、また、「回路異常」とは、例えば、回路で演算を実施した場合に期待した出力値が出ないようなことを指す。
【００１５】
以上の現象を、図１８を用いて詳細に説明する。
図１８は図１７で示した接合樹脂９１７による内周部分応力９２３と外周部分応力９２１とが半導体チップ９０１内のトランジスタ９０５にどのように作用するかを示したグラフ図である。
【００１６】
なお、縦軸がトランジスタの変動率をパーセンテージで示したもの、横軸が半導体チップの位置を示したものである。また、トランジスタの変動率は組み立てを実施する前を基準とし、Ｉｄｓａｔ（飽和電流値）の変動率である。
【００１７】
通常、図１８に示すように、内周部分応力９２３が外周部分応力９２１よりも非常に大きい為、半導体チップ９０１の内周部分にあるトランジスタ９０５ａはＮｃｈであればマイナス方向、Ｐｃｈであればプラス方向に大きく変動する。逆に、外周部分応力９２１は内周部分応力９２３よりも小さい為、外周部分にあるトランジスタ９０５ａは大きく変動しない。
【００１８】
この結果、半導体チップ９０１の内周部分にあるトランジスタ９０５ｂのトランジスタ特性と、外周部分にあるトランジスタ９０５ａのトランジスタ特性とに大きな差異が発生してしまう現象が発生する。
【００１９】
本発明は上記問題点に鑑み、半導体チップと外部基板を接合させた場合に発生する接合樹脂による応力のばらつきにより、半導体チップ内の半導体回路の特性差が大きく変動する等の不具合の生じ難い半導体装置および半導体装置の製造方法を提供するものとする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決する為に、本発明に係る半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップの第１の主面に形成された第１の電極パッドと、外部基板と、前記外部基板の第１の主面に形成された第２の電極パッドと、前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとを電気的に接合する突起電極と、前記半導体チップと前記外部基板との間の隙間に充填されて前記半導体チップと前記外部基板とを接合させる接合材料とを備え、前記接合材料は、前記半導体チップの中心部分に形成された第１の接合材料と、前記半導体チップの外周部分に形成された第２の接合材料との少なくとも２種類があり、前記半導体チップに作用する前記接合材料による引張応力は、前記第２の接合材料の方が前記第１の接合材料よりも高いことを特徴としている。
【００２１】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、第１の主面に第１の電極パッドを有する半導体チップを用意する工程と、第１の主面に第２の電極パッドを有する外部基板を用意する工程と、前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとを突起電極により接合する工程と、前記半導体チップと前記外部基板との間の隙間に接合材料を注入して前記半導体チップと前記外部基板とを前記接合材料で接合させる工程とを備え、前記接合材料で接合させる工程は、前記半導体チップの中心部分に第１の接合材料を注入する工程と、前記半導体チップの外周部分に、前記接合材料によって前記半導体チップに作用する引張応力が前記第１の接合材料よって作用する引張応力よりも高くなる第２の接合材料を注入する工程とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
上記の半導体装置および製造方法では、接合材料を少なくとも２種以上用いることで、半導体チップの内周部分応力と外周部分応力とを均一にできる。このことで半導体チップと外部基板とを接合させた場合に発生する接合樹脂による接合応力のばらつきにより、半導体装置（半導体チップ）内の不具合をなくすことができる。
【００２３】
また、前記第１の電極パッドは、複数あり、前記第１の主面に行列状に形成されていることを特徴とし、あるいは、前記第２の接合材料は前記半導体チップのコーナー部に形成されていることを特徴としている。さらには、前記第２の接合材料は前記第１の電極パッドの内、最外周の角に配置されたパッドを含む部分に形成されていることを特徴とし、前記第２の接合材料は前記第１の電極パッドの内、最外周に配置されたパッドを含む部分に形成されていることを特徴としている。
【００２４】
また、前記半導体チップの前記第１の主面を、前記第１の電極パッド上に開口を有する状態で覆う第１の保護膜が形成されており、前記中心部分内における前記第１の保護膜上に、前記第１の電極パッド上に開口を有するように第２の保護膜が形成されていることを特徴とし、あるいは、前記第２の保護膜は前記半導体チップのコーナー部を除いた部分に形成されていることを特徴としている。さらには、前記第２の保護膜は前記第１の電極パッドの内、最外周の角に配置されたパッドを除いた部分に形成されていることを特徴とし、前記第２の保護膜は前記第１の電極パッドの内、最外周に配置されたパッドを除いた部分に形成されていることを特徴としている。
【００２５】
また、半導体装置の製造方法では、前記半導体チップは、平面視多角形状をし、前記第１の接合材料を注入する工程は、接合材料注入ノズルを前記半導体チップの１辺に沿って当該辺の両端間を移動させて注入することを特徴とし、あるいは、前記半導体チップは、平面視多角形状をし、前記第２の接合材料を注入する工程は、接合材料注入ノズルを前記半導体チップの各辺に沿って一周させて注入することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】半導体装置の断面図である。
【図２】接合樹脂の注入についての説明図である。
【図３】図１で示した半導体チップを外部基板に接合させた半導体装置の場合、接合応力が半導体チップ内のトランジスタにどのように働くかを示した図である。
【図４】図３で示した低応力接合樹脂および高応力接合樹脂による半導体チップの内周部分応力および外周部分応力が半導体チップ内のトランジスタにどのように働くかを示したグラフ図である。
【図５】一般的な半導体チップを、パッケージ基板をはじめとする外部基板と接合させた場合の製造方法のフロー図である。
【図６】本実施の形態に係る半導体装置における低応力接合樹脂と高応力接合樹脂とを注入する方法について詳細に示したフロー図である。
【図７】第２の実施の形態に係る半導体装置について詳細に示したものである。
【図８】第１層表面保護膜と第２層表面保護膜の形成概要の例について説明する図である。
【図９】第１層表面保護膜と第２層表面保護膜の形成概要の例について説明する図である。
【図１０】図７で示した半導体チップを外部基板に接合させた半導体装置の場合、接合応力が半導体チップ内のトランジスタにどのように働くかを示した図である。
【図１１】図１０で示した第１層表面保護膜と第２層表面保護膜による半導体チップの内周部分応力および外周部分応力が半導体チップ内のトランジスタにどのように働くかを示したグラフ図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る半導体装置について詳細に示したものである。
【図１３】図１２で示した半導体チップを外部基板と接合させた半導体装置の場合、接合応力がトランジスタにどのように働くかを示した図である。
【図１４】図１３で示した構造により、半導体チップの内周部分応力と外周部分応力が半導体チップ内のトランジスタにどのように働くかを示したグラフ図である。
【図１５】従来の半導体チップの断面構造を示したものである。
【図１６】図１５で示した半導体チップを外部基板に接合させた場合の断面構造を示した図である。
【図１７】図１６で示した従来の構造である半導体チップを、パッケージ基板をはじめとする外部基板と接合させた場合、接合樹脂による接合応力がトランジスタにどのように作用するかを示した図である。
【図１８】図１７で示した接合樹脂による内周部分応力と外周部分応力とが半導体チップ内のトランジスタにどのように作用するかを示したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施形態について半導体装置の構造、特に電極パッドの下部以外に関わらず半導体チップのすべてにトランジスタ等で構成される半導体回路などの形成を行う半導体装置の構造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。
【００２８】
なお、本発明で使用している、材料、数値は、好ましい例を実施の形態で例示しているだけであり、この形態に限定されることはない。また、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。また、他の実施の形態との組み合わせは、矛盾が生じない範囲で可能である。
＜第１の実施の形態＞
図１〜図４は、本発明に係る第１の実施形態の半導体装置の構造について詳細に示したものである。図１は半導体装置１９の断面図であり、図２は接合樹脂１７の注入についての説明図である。
１．構成
半導体装置は、半導体チップがバンプを介して外部基板に実装されてなる。
【００２９】
つまり、半導体装置１９は、半導体チップ１と、半導体チップ１の第１の主面である表面に形成された第１の電極パッド７と、外部基板１３と、外部基板１３の第１の主面である表面に形成された第２の電極パッドである外部電極１５と、第１の電極パッド７と第２の電極パッドである外部電極１５とを電気的に接合する突起電極であるバンプ１１と、半導体チップ１と外部基板１３との間の隙間に充填されて半導体チップ１と外部基板１３とを接合させる接合材料である接合樹脂１７とを備え、接合樹脂１７は、半導体チップ１の中心部分に形成された第１の接合材料である低応力接合樹脂２３と、半導体チップ１の外周部分に形成された第２の接合材料である高応力接合樹脂２１との少なくとも２種類があり、前記半導体チップ１に作用する前記接合樹脂１７による引張応力は、高応力接合樹脂２１の方が低応力接合樹脂２３よりも高い構成をしている。
【００３０】
半導体チップ１は、図１に示すように、基板３内に形成された半導体回路（５）を有する。半導体チップ１は、半導体プロセスを経て形成され、基板３として、通常、ＳｉやＧａＡｓなどの半導体ウェハが用いられる。なお、本実施の形態では、トランジスタ５を半導体回路としている。
【００３１】
半導体チップ１の表面には、電極パッド７と表面保護膜９とが形成されている。ここでいう表面とは、外部装置である外部基板１３と接合される側の面である。なお、外部基板１３の表面は、半導体チップ１と接合される側の面である。
【００３２】
電極パッド７は、外部装置との電気的接合をとるためのものである。電極パッド３は、例えばＡｌなどで形成され、例えば蒸着方式で形成される。なお、電極パッド３は、図２に示すように、例えば平面視（表面と直交する方向から当該表面を見たときである。）円形状をし、例えば半導体チップ１２上にマトリクス状に配置している。また、トランジスタ５は、複数あり、電極パッド７の下方および下方以外にも形成されている。
【００３３】
表面保護膜９は、半導体チップ１の表面であって電極パッド７の中央部分を除く部分を覆う。つまり、電極パット７は、その周縁を含む周辺部分７ａが表面保護膜９に覆われ、周辺部分の内側に位置する内側部分７ｂが露出している。表面保護膜９は、例えばＳｉＮなどで形成され、例えばプラズマＣＶＤ方式により形成されている。
【００３４】
電極パッド７の上部（表面）にはバンプ１１が形成されている。バンプ１１は、半導体チップ１と外部装置１２とを電気的に接合するためのものである。具体的には、パッケージ基板をはじめとする外部基板１３とで電気的接合を取る。なお、バンプ１１は例えばはんだ、Ａｕ、Ｃｕなどが用いられ、例えばめっき方式などで形成される。
【００３５】
外部基板１３は、その表面（図１では下面であり、上述した通り、半導体チップ１との対向面である。）には外部電極１５が形成されている。
半導体チップ１は、チップ表面に形成したバンプ１１を、外部装置１２の外部基板１３上の外部電極１５に圧着させることで、外部基板１３に対して電気的および機械的に接合される。
【００３６】
半導体チップ１が外部基板１３に接合された状態で、半導体チップ１と外部基板１３との間に接合樹脂１７を注入して、半導体チップ１と外部基板１３との接合が完了し、半導体装置１９が完成する。
【００３７】
接合樹脂１７は、複数種類ある。本実施の形態では、接合樹脂１７は２種類ある。具体的には、半導体チップ１と外部基板１３との間であって、半導体チップ１の周縁および周縁に近い部分（この部分を「外周部分」という。）には、半導体チップ１を外部電極１３側へと引き上げる応力が高くなるような樹脂（この接合樹脂を「高応力接合樹脂」という。）２１が充填されている。
【００３８】
半導体チップ１と外部基板１３との間であって、半導体チップ１の外周部分の内側に位置する部分（この部分を「内周部分」という。）には、半導体チップ１を外部電極１３側へと引き上げる応力が低くなるような樹脂（この接合樹脂を「低応力接合樹脂」という。）２３が充填されている。
【００３９】
このように、本実施の形態に係る半導体装置１９は、半導体ウェハをダイシングなどで個片化することで得られる半導体チップ１を、その半導体チップ１上に形成したバンプ１１を利用して外部基板１３の外部電極１５に圧着させて電気的・機械的な接合をとり、半導体チップ１と外部基板１３との間に接合樹脂１７を注入して接合させる構造になっている。
【００４０】
本実施の形態に係る半導体装置１９の特徴は、接合樹脂１７を、高応力接合樹脂２１と低応力接合樹脂２３との２種類にわけ、半導体チップ１の中心部分（内周部分）には低応力接合樹脂２３を、外周部分には高応力接合樹脂２１をそれぞれ用いることである。
【００４１】
なお、高応力接合樹脂２１と低応力接合樹脂２３とにおける「高低」は、互いの接合樹脂間であり、高応力接合樹脂２１が低応力接合樹脂２３と比較して高応力であれば良い。
２．接合樹脂の注入について
低応力接合樹脂２３、高応力接合樹脂２１の注入概要の例について説明する。
（１）実施例１
半導体チップ１の表面には複数の電極パッド７がマトリクス状に設けられている。図２は、半導体チップ１の表側を外部基板１３側から見た図であって、外部基板１３、バンプ１１の表示を省略した図である。
【００４２】
なお、電極パッド７と接合樹脂１７との位置関係および半導体チップ１の周縁（輪郭）が分かるように、これらを実線で記載している。また、図中の複数の円環は、円環の内周より内側が電極パッド７（７ｂ）であり、外周の線は表面保護膜９のうち、電極パッド７の周辺部分７ａを覆うことでできる段差を示している。
【００４３】
図２の（ａ）に示すように、マトリクス状に設けられた複数の電極パッド７のうち、最外周の４隅の電極パッド７ｃより内側に位置する電極パッド７ｄを含む部分については低応力接合樹脂２３で接合させ、低応力接合樹脂２３の外側部分については高応力接合樹脂２１で接合させている。
【００４４】
ここでは、半導体チップ１の平面視形状は正方形状をし、平面視における正方形の内接円が、高応力接合樹脂２１と低応力接合樹脂２３との境界線となっている。
（２）実施例２
図２の（ｂ）に示すように、マトリクス状に設けられた複数の電極パッド７のうち、最外周の電極パッド７ｅより内側に位置する電極パッド７ｆを含む部分については低応力接合樹脂２３で接合させ、低応力接合樹脂２３の外側部分については高応力接合樹脂２１で接合させている。
【００４５】
ここでは、最外周に位置する複数の電極パッド７ｅの内側よりも小さく、最外周に位置する電極パッド７ｅの１つ内側の電極パッド７ｆの外側よりも大きな正方形（角が円弧状をしているが、全体の形状が正方形をしている。）が、高応力接合樹脂２１と低応力接合樹脂２３との境界線となっている。
３．半導体チップ内の応力について
上記図１から図２に示した半導体装置の構造にする意味合いや効果について以下に詳しく説明する。
【００４６】
図３は、図１で示した半導体チップ１を外部基板１３に接合させた半導体装置１９の場合、接合応力が半導体チップ１内、具体的には半導体チップ１内のトランジスタ５にどのように働くかを示した図である。
【００４７】
従来は、図１７および図１８に示すように、１種類の接合樹脂９１７を用いていたため、当該接合樹脂は単一な応力特性を有することとなり、半導体チップ９０１において内周部分応力９２３が外周部分応力９２１より大きくなってしまう現象が発生していた。
【００４８】
しかしながら、本実施の形態では、半導体チップ１の内周部分には低応力接合樹脂２３を、外周部分には高応力接合樹脂２１を注入している為、半導体チップ１の内周部分に作用する応力（この応力を、「内周部分応力」という。）２５と、外周部分に作用する応力（この応力を、「外周部分応力」という。）２７とが均一になる（内周部分応力２５と外周部分応力との差異が従来よりも小さくなる。）。このことで、半導体チップ１の外周部分に位置するトランジスタ５ａのトランジスタ特性と、内周部分に位置するトランジスタ５ｂのトランジスタ特性とに大きな差異が発生せず、最終的に回路異常を引き起こす恐れが少なくなる。
【００４９】
低応力接合樹脂２３は、例えば、熱硬化性の低い樹脂、つまり、硬化時の温度が低い樹脂を利用することで、内周部分の応力を小さくできる。より具体的には、低応力接合樹脂２３には、低温でも樹脂が軟化し易い性質を有する熱硬化性・熱可塑性樹脂、例えば架橋性の低い材料を使用した樹脂を用いることができる。
【００５０】
逆に、高応力接合樹脂２１は、例えば、熱硬化性の高い樹脂、つまり、硬化時の温度が高い樹脂を利用することができ、より具体的には、低温でも樹脂が軟化し難い性質を有する熱硬化性・熱可塑性樹脂、例えば架橋性の高い材料を使用した樹脂を用いることができる。
【００５１】
以上の現象を、図４を用いて詳細に説明する。
図４は、図３で示した低応力接合樹脂２３および高応力接合樹脂２１による半導体チップ１の内周部分応力２５および外周部分応力２７が半導体チップ１内のトランジスタ５にどのように働くかを示したグラフ図である。なお、縦軸がトランジスタ変動率をパーセンテージで示したもの、横軸が半導体チップ１の位置を示したものである。
【００５２】
図４に示すように内周部分応力２５は内周部分に低応力接合樹脂２３を使用している為、トランジスタ５ｂに作用する応力は非常に小さくなり、内周部分にあるトランジスタ５ｂのトランジスタ特性は大きく変動しない。逆に外周部分応力２７は外周部分に高応力接合樹脂２１を使用しているが、もとより外周部分は応力が働き難い為、トランジスタ５ａに作用する応力は非常に小さくなり、外周部分にあるトランジスタ５ａのトランジスタ特性は大きく変動しない。
【００５３】
この結果、半導体チップ１の内周部分にあるトランジスタ５ｂのトランジスタ特性と、半導体チップ１の外周部分にあるトランジスタ５ａのトランジスタ特性とに差異が生じ難くなり、半導体チップ９０１の内周部分と外周部分とでトランジスタ特性に大きな差異が発生してしまう従来の問題点の改善が可能となる。
【００５４】
また、図２の（ａ）に示す一例では最外周の４角の電極パッド７ｃよりも内側部分（電極パッド７ｄが存在する部分）については低応力接合樹脂２３で、内側部分よりも外側の外側部分（電極パッド７ｃが存在する部分）については高応力接合樹脂２１でそれぞれ半導体チップ１と外部基板１３とを接合させている。
【００５５】
これは、最外周に設けられ且つ正方形状の半導体チップ１の４隅に位置する電極パッド７ｃの周辺部分は応力差異が激しい部分である為、４角の電極パッド７ｃよりも内側で低応力接合樹脂２３と高応力接合樹脂２１の境界としている。
【００５６】
また図２の（ｂ）に示す一例では最外周の電極パッド７ｅよりも内側部分（電極パッド７ｆが存在する部分）については低応力接合樹脂２３で、内側部分よりも外側の外側部分（電極パッド７ｅが存在する部分）については高応力接合樹脂２１でそれぞれ半導体チップ１と外部基板１３とを接合させている。
【００５７】
これも、上記と同様に最外周に設けられた電極パッド７ｅの周辺部分は応力差異が激しい部分である為、最外周の電極パッド７ｅよりも内側で低応力接合樹脂２３と高応力接合樹脂２１の境界としている。
４．製造方法
次に本実施の形態に係る半導体装置１９の製造方法について説明する。
【００５８】
図５は一般的な半導体チップ９０１を、パッケージ基板をはじめとする外部基板９１３と接合させた半導体装置９１９の場合の製造方法のフロー図であり、図６は本実施の形態に係る半導体装置１９に係る低応力接合樹脂２３と高応力接合樹脂２１とを注入する方法について詳細に示したフロー図である。
【００５９】
図５の（ａ）に示すようにまずベークしたパッケージ基板である外部基板９１３に対して半導体チップ９０１を圧着させる、通称ＦＣＢ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｂｏｎｄｉｎｇ）工程を経る。
【００６０】
その後、リフロー、洗浄、ベーク、プラズマ照射などの工程を経た後、図５の（ｂ）に示すように接合樹脂注入ノズル９２５を用いて、半導体チップ９０１と外部基板９１３との間の隙間に接合樹脂９１７を注入する。その後、図５の（ｃ）に示すように熱によるキュアを行い、接合樹脂９１７を硬化させて、半導体装置９１９が完成する。
【００６１】
次に、実施の形態に係る半導体装置１９の特徴である低応力接合樹脂２３と高応力接合樹脂２１との注入について説明する。
半導体装置１９は、上記の、一般的な半導体チップ９０１を外部基板９１３と接合させた場合の製造方法のフロー図における図３の（ｂ）以外は同じである。したがって、ここでは、図３の（ｂ）で示した接合樹脂注入工程に相当する工程について、図６を用いて詳細に説明する。
【００６２】
まず、図６の（ａ）に示すように半導体チップ１の方面（外部基板の表面と平行な方向）から半導体チップ１と外部基板１３との間であって内部部分２９に相当する空間に低応力接合樹脂２３を注入する。
【００６３】
その際、半導体チップ１と外部基板１３との隙間であって内周部分２９に相当する空間に低応力接合樹脂２３が均一に注入されるよう、接合樹脂注入ノズル３１を半導体チップ１の一辺側から半導体チップ１と外部基板１３との間に挿入した後、高応力接合樹脂２３を注入しながら半導体チップ１の前記一辺を左右（当該一辺の両端）方向に移動させて行う。
【００６４】
具体的には、接合樹脂注入ノズル３１を半導体チップ１の一辺側から半導体チップ１と外部基板１３との間の隙間に挿入し、高応力接合樹脂２３を注入しながら半導体チップ１の前記一辺を左右（当該一辺の両端）方向に移動させる注入移動工程と、接合樹脂注入ノズル３１が左右方向の端に到達すると接合樹脂注入ノズル３１を後退させる後退工程とを交互に繰り返して行う。
【００６５】
なお、接合樹脂注入ノズル３１の隙間への挿入を、半導体チップ１の一辺の半分に相当する分だけにして、この半分の高応力接合樹脂２３の注入が完了した後、反対側の一辺からの接合樹脂注入ノズル３１を挿入し、残り半分に高応力接合樹脂２３を注入するようにしても良い。
【００６６】
その後、図６の（ｂ）に示すように半導体チップ１の各辺から、半導体チップ１と外部基板１３との隙間に接合樹脂ノズル３１を挿入して、当該ノズル３１から高応力接合樹脂２１を注入する。
【００６７】
その際、半導体チップ１と外部基板１３との間であっての外周部分３３に相当する空間に均一に高応力接合樹脂２１が注入されるよう、接合樹脂注入ノズル３１を半導体チップ１の各辺 から挿入して高応力接合樹脂２１を注入しながら、各辺に沿って移動させて全周にわたって高応力接合樹脂２１の注入を実施する。
＜第２の実施の形態＞
図７は第２の実施の形態に係る半導体装置１０１について詳細に示したものである。
【００６８】
この図７は半導体チップを外部基板と接合させた場合の半導体装置の断面構造を示した図であり、電極パッドを半導体チップ上にマトリクスに配置した状態の半導体装置を想定している。
【００６９】
半導体装置１０１は、図７に示すように半導体ウェハをダイシングなどで個片化したものを半導体チップ１０３とし、半導体チップ１０３の表面に形成したバンプ１０５と、外部基板１０７上に形成した外部電極１０９とを圧着させて電気的な接合をとり、半導体チップ１０３と外部基板１０７の間に接合樹脂１１１を注入して接合させる構造になっている。
【００７０】
第２の実施の形態に係る半導体装置１０１の特徴としては、表面保護膜１１３を複数（図７では２種類である。）種類に分けていることである。２種類の表面保護膜は、半導体チップ１０３の中心部分では第１層表面保護膜１１５と第２層表面保護膜１１７の２層構造、半導体チップ１０３の周辺部分では第１層表面保護膜１１５の１層構造となっていることである。
【００７１】
つまり、第１層表面保護膜１１５は、第１の実施の形態と同様に、半導体チップ１０３の表面であって半導体チップ１０３上の電極パッド１１９の中央部分を除いた部分を被覆し、第２層表面保護膜１１７は、半導体チップ１０３の中央に位置する第１層表面保護膜１１５を被覆する。
【００７２】
通常、第１層表面保護膜１１５にはＳｉＮ等の材料が、第２層表面保護膜１１７にはポリイミドやＰＢＯ等の材料がそれぞれ用いられる。
図８から図９は、第１層表面保護膜１１５と第２層表面保護膜１１７の形成概要の例について説明する図である。
１．実施例１
図８の（ａ）に示す一例では、最外周の４角（４隅）の電極パッド１１９ａより内側部分（中心部分であり、最外周の４角の電極パッド１１９ａ以外の電極パッド１１９ｂがある部分）については第１層表面保護膜１１５と第２層表面保護膜１１７の２層構造を、外側部分（つまり、最外周の４角の電極パッド１１９ａがある部分）については第１層表面保護膜１１５の１層構造をそれぞれ採用している。
【００７３】
なお、図８の（ａ）では、半導体チップ１０３の中心部分を含んだ中央部分に形成された第１層表面保護層１１５は、第２層表面保護層１１７により被覆されているため、中央部分では第２層表面保護層１１７の符号を付している。
【００７４】
図８の（ｂ）に示す一例では最外周の電極パッド１１９ｃより内側部分（中央部分であり、最外周の電極パッド１１９ｃ以外の電極パッド１１９ｄがある部分）については第１層表面保護膜１１５と第２層表面保護膜１１７の２層構造を、外側部分（周辺部分であり、最外周の電極パッド１１９ｃがある部分）については第１層表面保護膜１１５の１層構造をそれぞれ採用している。
【００７５】
なお、図８の（ｂ）では、半導体チップ１０３の中心部分を含んだ中央部分に形成された第１層表面保護層１１５は、第２層表面保護層１１７により被覆されているため、中央部分では第２層表面保護層１１７の符号を付している。
【００７６】
また、半導体チップ１０３の基板１２１内には、半導体回路であるトランジスタ１２３が電極パッド１１９の位置に関係なく複数形成されている（図７参照）。
２．実施例２
上記実施例１では、表面保護層１１３は２種類であったが、３種類以上であっても良い。
【００７７】
以下、３種類の場合について説明する。
図９の（ａ）に示す一例では、最外周の４角（隅）の電極パッド１１９ｅがある角部分については第１層表面保護膜１１５の１層構造を、最外周の４角の電極パッド１１９ｅより内側部分であって最外周の４角以外の電極パッド１１９ｆと最外周から内側に一列入った第２周の４角（隅）の電極パッド１１９ｇとがある部分については第１層表面保護膜１１５と第２層表面保護膜１１７の２層構造を、第２周の４角（隅）の電極パッド１１９ｇより内側部分であって、電極パッド１１９ｈがある部分については更に第３層表面保護膜１１８を被覆した３層構造をそれぞれ採用している。
【００７８】
図９の（ｂ）の一例では、最外周の電極パッド１１９ｉがある周辺部分については第１表面保護膜１１５の１層構造を、最外周の電極パッド１１９ｉより内側であって最外周より一列内側に入った第２周の電極パッド１１９ｊがある部分（中間部分）については第１層表面保護膜１１５と第２層表面保護膜１１７の２層構造を、第１週の電極パッド１１９ｊ（中間部分）より内側の電極パッド１１９ｋがある部分（中心を含んだ中央部分）については更に第３層表面保護膜１１８を被覆した３層構造をそれぞれ採用している。
３．複数構造の保護膜について
上記図７から図９に示す半導体装置の構造にする意味合いや効果について以下に詳しく説明する。
【００７９】
図１０は、図７で示した半導体チップ１０３を外部基板１０７に接合させた場合、接合応力が半導体チップ１０３内のトランジスタ１２３にどのように働くかを示した図である。
【００８０】
なお、図７に示す半導体装置１０１では、半導体チップ１０３の内側部分には第１層表面保護膜１１５と第２層表面保護膜１１７との２層構造、外側部分については第１層表面保護膜１１５の１層構造にそれぞれしている。特に第２層表面保護膜１１７はポリイミドやＰＢＯを使用しており、このポリイミドやＰＢＯは接合樹脂による応力を緩和させる効果がある。
【００８１】
従来は接合樹脂（９１７）の応力特性により、半導体チップ９０１の内周部分応力９２３が半導体チップ９０１の外周部分応力９２１と比較してより大きくなってしまう現象が発生していたが、第２の実施の形態に係る半導体装置１０１では、上記の第２層表面保護膜１１７の応力緩和効果により半導体チップ１０３の内周部分応力１２５と外周部分応力１２７が均一になり、両応力１２５，１２７の差が小さくなる。
【００８２】
このことで、半導体チップ１０３の内側部分のトランジスタ１２３ｂのトランジスタ特性と、外側部分のトランジスタ１２３ａのトランジスタ特性とに大きな差異が発生せず、最終的に回路異常を引き起こす恐れがなくなる。
【００８３】
以上の現象を、図１１を用いて詳細に説明する。
図１１は、図１０で示した第１層表面保護膜１１５と第２層表面保護膜１１７とが形成されている半導体チップ１０３の内周部分応力１２５および外周部分応力１２７が半導体チップ１０３内のトランジスタ１２３にどのように働くかを示したグラフ図である。縦軸がトランジスタ変動率をパーセンテージで示したもの、横軸が半導体チップ位置を示したものである。
【００８４】
図１１に示すように半導体チップ１０３の内周部分応力１２５は第２層表面保護膜１１７による応力緩和により応力は非常に小さくなり、半導体チップ１０３の内周部分にあるトランジスタ１２３ｂは大きく変動しない。逆に外周部分応力１２７は第２層表面保護膜１１７による応力緩和は無いが、もとより半導体チップ１０３の外周部分は応力が働き難い為、応力は非常に小さくなり、外周部分にあるトランジスタ１２３ａは大きく変動しない。
【００８５】
この結果、半導体チップ１０３の内周部分にあるトランジスタ特性と外周部分にあるトランジスタ特性とに大きな差異が発生してしまう現象が発生した従来の問題点の改善が可能となる。
【００８６】
また、図８の（ａ）の一例では、電極パッド１１９ａがある外側部分については表面保護膜１１３を１層構造にし、電極パッド１１９ｂがある内側部分については表面保護膜１１３を２層構造にしている。これは最外周４隅の電極パッド１１９ａの周辺部分は応力差異が激しい部分である為、第１層表面保護層１１５と第２層表面保護層１１７との形成境界としている。
【００８７】
図８の（ｂ）の一例では、電極パッド１１９ｃがある外側部分については表面保護膜１１３を１層構造にし、電極パッド１１９ｄがある内側部分については表面保護膜１１３を２層構造にしている。
【００８８】
これも上記同図の（ａ）と同様に最外周の電極パッド１１９ｃの周辺部分は応力差異が激しい部分である為、第１層表面保護層１１５と第２層表面保護層１１７との形成境界としている。
【００８９】
図９の（ａ）の一例では、電極パッド１１９ｅがある外側部分については表面保護膜１１３を１層構造にし、電極パッド１１９ｆ，１１９ｇがある中間部分については表面保護膜１１３を２層構造にし、更に電極パッド１１９ｈがある中央部分については３層構造にしている。
【００９０】
これにより均一な応力緩和を求めた場合、このように表面保護膜１１３を重ねて応力緩和を実施することを示している。
図９の（ｂ）の一例では、電極パッド１１９ｉがある外側部分については表面保護膜１１３を１層構造にし、電極パッド１１９ｊがある中間部分については表面保護膜１１３を２層構造にし、更に電極パッド１１９ｋがある中央部分については３層構造にしている。
【００９１】
これも上記同図の（ａ）と同様により均一な応力緩和を求めた場合、このように表面保護膜を重ねて応力緩和を実施することを示している。
＜第３の実施の形態＞
図１２は第３の実施の形態に係る半導体装置２０１について詳細に示したものである。
【００９２】
この図１２は半導体チップを外部基板と接合させた半導体装置の断面構造を示した図であり、具体的には第１の実施の形態、第２の実施の形態で示した構造を組み合わせたものである。
【００９３】
半導体装置２０１は、図１２に示すように半導体ウェハをダイシングなどで個片化したものを半導体チップ２０３とし、半導体チップ２０３上に形成したバンプ２０５と、外部基板２０７上に形成した外部電極２０９とを圧着させて電気的な接合をとり、半導体チップ２０３と外部基板２０７の間に接合樹脂２１１を注入して接合させる構造になっている。
【００９４】
第３の実施の形態に係る半導体装置２０１の特徴としては、第１の実施の形態のように接合樹脂２１１を２種類にわけ、半導体チップ２０３の中央部分には低応力接合樹脂２１３を、周辺部分には高応力接合樹脂２１５をそれぞれ注入することと、第２の実施の形態のように表面保護膜２１７を２種類にわけ、半導体チップ２０３の中央部分には第１層表面保護膜２１９と第２層表面保護膜２２１の２層構造、周辺部分には第１層表面保護膜２１９の１層構造とすることとをミックスした構造になっていることである。
【００９５】
図１３は図１２で示した半導体チップ２０３を外部基板２０７と接合させた場合、接合応力がトランジスタ２２３にどのように働くかを示した図である。
従来は単一な応力を持った接合樹脂の特性により、半導体チップ９０１の内周部分応力９２３が外周部分応力９２１より大きくなってしまう現象が発生していたが、第３の実施の形態では、半導体チップ２０３の内周部分には低応力接合樹脂２１３を、外周部分には高応力接合樹脂２１５をそれぞれ注入し、加えて、半導体チップ２０３の内周部分には第１層表面保護膜２１９と第２層表面保護膜２２１の２層構造、外側部分については第１層表面保護膜２１９の１層構造にそれぞれ採用している為、半導体チップ２０３の内周部分応力２２５が緩和され、内周部分応力２２５と外周部分応力２２７が均一になり、このことで半導体チップ２０１の外周部分のトランジスタ２２３ａのトランジスタ特性と、内周部分のトランジスタ２２３ｂのトランジスタ特性とに大きな差異が発生せず、最終的に回路異常を引き起こす恐れがなくなる。
【００９６】
以上の現象を、図１４を用いて詳細に説明する。
図１４は、図１３で示した構造により、半導体チップ２０３の内周部分応力２２５と外周部分応力２２７が半導体チップ２０３内のトランジスタ２２３にどのように働くかを示したグラフ図である。縦軸がトランジスタ変動率をパーセンテージで示したもの、横軸が半導体チップ位置を示したものである。
【００９７】
図１４に示すように、半導体チップ２０３の内周部分応力２２５は低応力接合樹脂２１３と第２層表面保護膜２２１とを使用している為、応力は非常に小さくなり、半導体チップ２０３の内周部分にあるトランジスタ２２３ｂは大きく変動しない。逆に外周部分応力２２７は高応力接合樹脂２１５を使用し、第２層表面保護膜２２１を使用していないが、もとより半導体チップ２０３の外周部分は応力が働き難い為、その応力は非常に小さくなり、外周部分にあるトランジスタ２２３ａは大きく変動しない。
【００９８】
この結果、半導体チップ２０３の内周部分にあるトランジスタ２２３ｂと外周部分にあるトランジスタ２２３ａとのトランジスタ特性に大きな差異が発生してしまう現象が発生した従来の問題点の改善が可能となる。
＜変形例＞
１．突起電極
上記実施の形態では、突起電極であるバンプは、半導体チップの電極パッドに形成されていたが、例えば、外部装置側の外部基板の外部電極に形成されていても良い。
【００９９】
また、突起電極は、例えば、半導体チップへの電極パッドの形成に合わせて形成しても良いし、外部基板への外部電極の形成に合わせて形成しても良い。さらには、突起電極の形成に合わせて、半導体チップと外部基板とを接合しても良い。
２．電極パッド
上記実施の形態では、電極パッド（半導体チップの電極パッドと外部基板の外部電極である。）の平面視形状は円形状をしていたが、他の形状あっても良い。他の形状としては、三角形等の多角形状、楕円形状等がある。また、多角形状や楕円（円を含む。）の管状であっても良い。
３．半導体チップ
実施の形態では、半導体チップの平面視形状は正方形状をしていたが、他の形状であっても良い。他の形状としては、三角形等の多角形状等がある。
４．電極パッドの配置
実施の形態では、半導体チップに形成された電極パッドは複数あり、これらは、例えば、マトリクス上に配置されていたが、他の形状に配置されていても良い。例えば、同心円状に多重に配されていても良いし、四角形を除く（視角形状はマトリクス上であり、実施の形態で説明している。）、多重の多角形状であって良い。
５．接合樹脂（材料）
第１および第３の実施の形態では、接合樹脂として２種類用いたが、３種類以上用いても良い。３種類用いる例としては、図９における表面保護層のように、外側、中間、内側と接合樹脂を分けて形成しても良い。
【０１００】
なお、接合樹脂を複数用いる場合、半導体チップの中央部分から周縁部分に移るに従って、半導体チップに作用する接合樹脂による応力が高くなるようにするのが好ましい。
また、実施の形態では、接合材料として樹脂を用いたが、他の材料で、同様の効果を得ることができる材料であれば、利用できる。
６．表面保護層
第２の実施の形態では、第２層表面保護層における電極パッド上の開口と、第１層表面保護層における電極パッド上の開口とが同じ形状、寸法であったが、例えば、異なる形状、寸法の開口としても良い。
【０１０１】
例えば、第２層表面保護層における電極パッド上の開口を、第１層表面保護層における電極パッド上の開口よりも大きくしても良い。また、第１層表面保護層における電極パッド上の開口を円形状とし、第２層表面保護層における電極パッド上の開口を、第１層表面保護膜層の開口形状である円の直径を一辺とする正方形状であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は半導体装置の構造、特に電極パッドの下部以外に関わらず半導体チップのすべてにトランジスタで構成される半導体回路などの形成を行う半導体装置の構造およびその製造方法に関して有用なものである。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 半導体チップ
３ 基板
５ トランジスタ
７ 電極パッド
９ 表面保護膜
１１ バンプ
１３ 外部基板
１５ 外部電極
１７ 接合樹脂
１９ 半導体装置
２１ 高応力接合樹脂
２３ 低応力接合樹脂
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の構造、特に、基板内部に半導体回路を有する半導体チップが外部基板に実装されてなる半導体装置の構造およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置として、内部に例えばトランジスタ等の半導体回路が形成され、表面に例えばバンプ等の突起電極が形成されてなる半導体チップが、例えばパッケージ基板等の外部基板に突起電極を介して実装されてなる構造のものがある。
【０００３】
図１５は従来の半導体チップ９０１の断面構造を示したものである。
半導体チップ９０１は、本図に示すように、ＳｉやＧａＡｓなどの半導体ウェハ９０３の中に、後述の半導体装置を構成するトランジスタ９０５を備える。
【０００４】
この半導体チップ９０１の表面には外部装置との電気的接合をとるための電極パッド９０７が設けられている。通常、この電極パッド９０７はＡｌなどで形成されている。なお、トランジスタ９０５は、電極パッド９０７の下方以外の部分にも形成されている。
【０００５】
半導体チップ９０１の表面であって電極パッド９０７以外の部分は表面保護膜９０９で覆われている。通常、この表面保護膜９０９はＳｉＮなどで形成されている。電極パッド９０７の上部（上面）には、外部装置、具体的にはパッケージ基板をはじめとする外部基板と電気的接合を取るためのバンプ９１１が形成される。通常、このバンプ９１１にははんだ、Ａｕ、Ｃｕなどが用いられ、通常、めっき方式などで形成される。
【０００６】
図１６は図１５で示した半導体チップ９０１を外部基板９１３に接合させた場合の断面構造を示したものである。
通常、複数のチップが形成された半導体ウェハをダイシングなどで個片化して半導体チップ９０１とし、その後、半導体チップ９０１上に形成したバンプ９１１を、外部装置の外部基板９１３上の外部電極９１５に圧着させて電気的な接合を行う。
【０００７】
そして、半導体チップ９０１と外部基板９１３との間に接合樹脂９１７を注入して接合が完了し、半導体装置９１９が完成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１３５３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の半導体装置９１９の構造では、半導体チップ９０１と外部基板９１３とを接合する接合樹脂９１７が半導体チップ９０１内のトランジスタ９０５に悪影響を与えるという問題がある。
【００１０】
図１７は、図１６で示したように、従来の構造である半導体チップ９０１をパッケージ基板である外部基板９１３に接合させた場合、接合樹脂９１７による接合応力がトランジスタ９０５にどのように作用するかを示した図である。
【００１１】
本図に示すように、接合樹脂９１７の熱収縮による応力が半導体チップ９０１を外部基板９１３側へと引き上げ方向に作用し、結果的に、トランジスタ９０５に対して変形させようとする応力が作用する。
【００１２】
特に、このような接合に用いられる一般的な接合樹脂９１７の特性により、接合樹脂９１７による半導体チップ９０１に作用する応力のうち、半導体チップ９０１の周縁に近い外周部分の応力９２１が、外周部分の内側に位置する内周部分の応力９２３よりも小さくなってしまう現象が発生する。なお、外周部分に作用する応力を外周部分応力９２１と、内周部分に作用する応力を内周部分応力９２３とそれぞれする。
【００１３】
これにより、半導体チップ９０１の外周部分に位置するトランジスタ９０５ａと、内周部分に位置するトランジスタ９０５ｂとで、トランジスタ特性が大きく異なり、最終的に回路異常を引き起こす恐れがある。
【００１４】
なお、ここでいう「トランジスタ特性」とは、例えば、トランジスタのＶｔ（閾値電圧値）やＩｄｓａｔ（飽和電流値）のことを指し、また、「回路異常」とは、例えば、回路で演算を実施した場合に期待した出力値が出ないようなことを指す。
【００１５】
以上の現象を、図１８を用いて詳細に説明する。
図１８は図１７で示した接合樹脂９１７による内周部分応力９２３と外周部分応力９２１とが半導体チップ９０１内のトランジスタ９０５にどのように作用するかを示したグラフ図である。
【００１６】
なお、縦軸がトランジスタの変動率をパーセンテージで示したもの、横軸が半導体チップの位置を示したものである。また、トランジスタの変動率は組み立てを実施する前を基準とし、Ｉｄｓａｔ（飽和電流値）の変動率である。
【００１７】
通常、図１８に示すように、内周部分応力９２３が外周部分応力９２１よりも非常に大きい為、半導体チップ９０１の内周部分にあるトランジスタ９０５ａはＮｃｈであればマイナス方向、Ｐｃｈであればプラス方向に大きく変動する。逆に、外周部分応力９２１は内周部分応力９２３よりも小さい為、外周部分にあるトランジスタ９０５ａは大きく変動しない。
【００１８】
この結果、半導体チップ９０１の内周部分にあるトランジスタ９０５ｂのトランジスタ特性と、外周部分にあるトランジスタ９０５ａのトランジスタ特性とに大きな差異が発生してしまう現象が発生する。
【００１９】
本発明は上記問題点に鑑み、半導体チップと外部基板を接合させた場合に発生する接合樹脂による応力のばらつきにより、半導体チップ内の半導体回路の特性差が大きく変動する等の不具合の生じ難い半導体装置および半導体装置の製造方法を提供するものとする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決する為に、本発明に係る半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップの第１の主面に形成された第１の電極パッドと、外部基板と、前記外部基板の第１の主面に形成された第２の電極パッドと、前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとを電気的に接合する突起電極と、前記半導体チップと前記外部基板との間の隙間に充填されて前記半導体チップと前記外部基板とを接合させる接合材料とを備え、前記接合材料は、前記半導体チップの中心部分に形成された第１の接合材料と、前記半導体チップの外周部分に形成された第２の接合材料との少なくとも２種類があり、前記半導体チップに作用する前記接合材料による引張応力は、前記第２の接合材料の方が前記第１の接合材料よりも高いことを特徴としている。
【００２１】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、第１の主面に第１の電極パッドを有する半導体チップを用意する工程と、第１の主面に第２の電極パッドを有する外部基板を用意する工程と、前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとを突起電極により接合する工程と、前記半導体チップと前記外部基板との間の隙間に接合材料を注入して前記半導体チップと前記外部基板とを前記接合材料で接合させる工程とを備え、前記接合材料で接合させる工程は、前記半導体チップの中心部分に第１の接合材料を注入する工程と、前記半導体チップの外周部分に、前記接合材料によって前記半導体チップに作用する引張応力が前記第１の接合材料よって作用する引張応力よりも高くなる第２の接合材料を注入する工程とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
上記の半導体装置および製造方法では、接合材料を少なくとも２種以上用いることで、半導体チップの内周部分応力と外周部分応力とを均一にできる。このことで半導体チップと外部基板とを接合させた場合に発生する接合樹脂による接合応力のばらつきにより、半導体装置（半導体チップ）内の不具合をなくすことができる。
【００２３】
また、前記第１の電極パッドは、複数あり、前記第１の主面に行列状に形成されていることを特徴とし、あるいは、前記第２の接合材料は前記半導体チップのコーナー部に形成されていることを特徴としている。さらには、前記第２の接合材料は前記第１の電極パッドの内、最外周の角に配置されたパッドを含む部分に形成されていることを特徴とし、前記第２の接合材料は前記第１の電極パッドの内、最外周に配置されたパッドを含む部分に形成されていることを特徴としている。
【００２４】
また、前記半導体チップの前記第１の主面を、前記第１の電極パッド上に開口を有する状態で覆う第１の保護膜が形成されており、前記中心部分内における前記第１の保護膜上に、前記第１の電極パッド上に開口を有するように第２の保護膜が形成されていることを特徴とし、あるいは、前記第２の保護膜は前記半導体チップのコーナー部を除いた部分に形成されていることを特徴としている。さらには、前記第２の保護膜は前記第１の電極パッドの内、最外周の角に配置されたパッドを除いた部分に形成されていることを特徴とし、前記第２の保護膜は前記第１の電極パッドの内、最外周に配置されたパッドを除いた部分に形成されていることを特徴としている。
【００２５】
また、半導体装置の製造方法では、前記半導体チップは、平面視多角形状をし、前記第１の接合材料を注入する工程は、接合材料注入ノズルを前記半導体チップの１辺に沿って当該辺の両端間を移動させて注入することを特徴とし、あるいは、前記半導体チップは、平面視多角形状をし、前記第２の接合材料を注入する工程は、接合材料注入ノズルを前記半導体チップの各辺に沿って一周させて注入することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】半導体装置の断面図である。
【図２】接合樹脂の注入についての説明図である。
【図３】図１で示した半導体チップを外部基板に接合させた半導体装置の場合、接合応力が半導体チップ内のトランジスタにどのように働くかを示した図である。
【図４】図３で示した低応力接合樹脂および高応力接合樹脂による半導体チップの内周部分応力および外周部分応力が半導体チップ内のトランジスタにどのように働くかを示したグラフ図である。
【図５】一般的な半導体チップを、パッケージ基板をはじめとする外部基板と接合させた場合の製造方法のフロー図である。
【図６】本実施の形態に係る半導体装置における低応力接合樹脂と高応力接合樹脂とを注入する方法について詳細に示したフロー図である。
【図７】第２の実施の形態に係る半導体装置について詳細に示したものである。
【図８】第１層表面保護膜と第２層表面保護膜の形成概要の例について説明する図である。
【図９】第１層表面保護膜と第２層表面保護膜の形成概要の例について説明する図である。
【図１０】図７で示した半導体チップを外部基板に接合させた半導体装置の場合、接合応力が半導体チップ内のトランジスタにどのように働くかを示した図である。
【図１１】図１０で示した第１層表面保護膜と第２層表面保護膜による半導体チップの内周部分応力および外周部分応力が半導体チップ内のトランジスタにどのように働くかを示したグラフ図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る半導体装置について詳細に示したものである。
【図１３】図１２で示した半導体チップを外部基板と接合させた半導体装置の場合、接合応力がトランジスタにどのように働くかを示した図である。
【図１４】図１３で示した構造により、半導体チップの内周部分応力と外周部分応力が半導体チップ内のトランジスタにどのように働くかを示したグラフ図である。
【図１５】従来の半導体チップの断面構造を示したものである。
【図１６】図１５で示した半導体チップを外部基板に接合させた場合の断面構造を示した図である。
【図１７】図１６で示した従来の構造である半導体チップを、パッケージ基板をはじめとする外部基板と接合させた場合、接合樹脂による接合応力がトランジスタにどのように作用するかを示した図である。
【図１８】図１７で示した接合樹脂による内周部分応力と外周部分応力とが半導体チップ内のトランジスタにどのように作用するかを示したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施形態について半導体装置の構造、特に電極パッドの下部以外に関わらず半導体チップのすべてにトランジスタ等で構成される半導体回路などの形成を行う半導体装置の構造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。
【００２８】
なお、本発明で使用している、材料、数値は、好ましい例を実施の形態で例示しているだけであり、この形態に限定されることはない。また、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。また、他の実施の形態との組み合わせは、矛盾が生じない範囲で可能である。
＜第１の実施の形態＞
図１〜図４は、本発明に係る第１の実施形態の半導体装置の構造について詳細に示したものである。図１は半導体装置１９の断面図であり、図２は接合樹脂１７の注入についての説明図である。
１．構成
半導体装置は、半導体チップがバンプを介して外部基板に実装されてなる。
【００２９】
つまり、半導体装置１９は、半導体チップ１と、半導体チップ１の第１の主面である表面に形成された第１の電極パッド７と、外部基板１３と、外部基板１３の第１の主面である表面に形成された第２の電極パッドである外部電極１５と、第１の電極パッド７と第２の電極パッドである外部電極１５とを電気的に接合する突起電極であるバンプ１１と、半導体チップ１と外部基板１３との間の隙間に充填されて半導体チップ１と外部基板１３とを接合させる接合材料である接合樹脂１７とを備え、接合樹脂１７は、半導体チップ１の中心部分に形成された第１の接合材料である低応力接合樹脂２３と、半導体チップ１の外周部分に形成された第２の接合材料である高応力接合樹脂２１との少なくとも２種類があり、前記半導体チップ１に作用する前記接合樹脂１７による引張応力は、高応力接合樹脂２１の方が低応力接合樹脂２３よりも高い構成をしている。
【００３０】
半導体チップ１は、図１に示すように、基板３内に形成された半導体回路（５）を有する。半導体チップ１は、半導体プロセスを経て形成され、基板３として、通常、ＳｉやＧａＡｓなどの半導体ウェハが用いられる。なお、本実施の形態では、トランジスタ５を半導体回路としている。
【００３１】
半導体チップ１の表面には、電極パッド７と表面保護膜９とが形成されている。ここでいう表面とは、外部装置である外部基板１３と接合される側の面である。なお、外部基板１３の表面は、半導体チップ１と接合される側の面である。
【００３２】
電極パッド７は、外部装置との電気的接合をとるためのものである。電極パッド３は、例えばＡｌなどで形成され、例えば蒸着方式で形成される。なお、電極パッド３は、図２に示すように、例えば平面視（表面と直交する方向から当該表面を見たときである。）円形状をし、例えば半導体チップ１２上にマトリクス状に配置している。また、トランジスタ５は、複数あり、電極パッド７の下方および下方以外にも形成されている。
【００３３】
表面保護膜９は、半導体チップ１の表面であって電極パッド７の中央部分を除く部分を覆う。つまり、電極パット７は、その周縁を含む周辺部分７ａが表面保護膜９に覆われ、周辺部分の内側に位置する内側部分７ｂが露出している。表面保護膜９は、例えばＳｉＮなどで形成され、例えばプラズマＣＶＤ方式により形成されている。
【００３４】
電極パッド７の上部（表面）にはバンプ１１が形成されている。バンプ１１は、半導体チップ１と外部装置１２とを電気的に接合するためのものである。具体的には、パッケージ基板をはじめとする外部基板１３とで電気的接合を取る。なお、バンプ１１は例えばはんだ、Ａｕ、Ｃｕなどが用いられ、例えばめっき方式などで形成される。
【００３５】
外部基板１３は、その表面（図１では下面であり、上述した通り、半導体チップ１との対向面である。）には外部電極１５が形成されている。
半導体チップ１は、チップ表面に形成したバンプ１１を、外部装置１２の外部基板１３上の外部電極１５に圧着させることで、外部基板１３に対して電気的および機械的に接合される。
【００３６】
半導体チップ１が外部基板１３に接合された状態で、半導体チップ１と外部基板１３との間に接合樹脂１７を注入して、半導体チップ１と外部基板１３との接合が完了し、半導体装置１９が完成する。
【００３７】
接合樹脂１７は、複数種類ある。本実施の形態では、接合樹脂１７は２種類ある。具体的には、半導体チップ１と外部基板１３との間であって、半導体チップ１の周縁および周縁に近い部分（この部分を「外周部分」という。）には、半導体チップ１を外部電極１３側へと引き上げる応力が高くなるような樹脂（この接合樹脂を「高応力接合樹脂」という。）２１が充填されている。
【００３８】
半導体チップ１と外部基板１３との間であって、半導体チップ１の外周部分の内側に位置する部分（この部分を「内周部分」という。）には、半導体チップ１を外部電極１３側へと引き上げる応力が低くなるような樹脂（この接合樹脂を「低応力接合樹脂」という。）２３が充填されている。
【００３９】
このように、本実施の形態に係る半導体装置１９は、半導体ウェハをダイシングなどで個片化することで得られる半導体チップ１を、その半導体チップ１上に形成したバンプ１１を利用して外部基板１３の外部電極１５に圧着させて電気的・機械的な接合をとり、半導体チップ１と外部基板１３との間に接合樹脂１７を注入して接合させる構造になっている。
【００４０】
本実施の形態に係る半導体装置１９の特徴は、接合樹脂１７を、高応力接合樹脂２１と低応力接合樹脂２３との２種類にわけ、半導体チップ１の中心部分（内周部分）には低応力接合樹脂２３を、外周部分には高応力接合樹脂２１をそれぞれ用いることである。
【００４１】
なお、高応力接合樹脂２１と低応力接合樹脂２３とにおける「高低」は、互いの接合樹脂間であり、高応力接合樹脂２１が低応力接合樹脂２３と比較して高応力であれば良い。
２．接合樹脂の注入について
低応力接合樹脂２３、高応力接合樹脂２１の注入概要の例について説明する。
（１）実施例１
半導体チップ１の表面には複数の電極パッド７がマトリクス状に設けられている。図２は、半導体チップ１の表側を外部基板１３側から見た図であって、外部基板１３、バンプ１１の表示を省略した図である。
【００４２】
なお、電極パッド７と接合樹脂１７との位置関係および半導体チップ１の周縁（輪郭）が分かるように、これらを実線で記載している。また、図中の複数の円環は、円環の内周より内側が電極パッド７（７ｂ）であり、外周の線は表面保護膜９のうち、電極パッド７の周辺部分７ａを覆うことでできる段差を示している。
【００４３】
図２の（ａ）に示すように、マトリクス状に設けられた複数の電極パッド７のうち、最外周の４隅の電極パッド７ｃより内側に位置する電極パッド７ｄを含む部分については低応力接合樹脂２３で接合させ、低応力接合樹脂２３の外側部分については高応力接合樹脂２１で接合させている。
【００４４】
ここでは、半導体チップ１の平面視形状は正方形状をし、平面視における正方形の内接円が、高応力接合樹脂２１と低応力接合樹脂２３との境界線となっている。
（２）実施例２
図２の（ｂ）に示すように、マトリクス状に設けられた複数の電極パッド７のうち、最外周の電極パッド７ｅより内側に位置する電極パッド７ｆを含む部分については低応力接合樹脂２３で接合させ、低応力接合樹脂２３の外側部分については高応力接合樹脂２１で接合させている。
【００４５】
ここでは、最外周に位置する複数の電極パッド７ｅの内側よりも小さく、最外周に位置する電極パッド７ｅの１つ内側の電極パッド７ｆの外側よりも大きな正方形（角が円弧状をしているが、全体の形状が正方形をしている。）が、高応力接合樹脂２１と低応力接合樹脂２３との境界線となっている。
３．半導体チップ内の応力について
上記図１から図２に示した半導体装置の構造にする意味合いや効果について以下に詳しく説明する。
【００４６】
図３は、図１で示した半導体チップ１を外部基板１３に接合させた半導体装置１９の場合、接合応力が半導体チップ１内、具体的には半導体チップ１内のトランジスタ５にどのように働くかを示した図である。
【００４７】
従来は、図１７および図１８に示すように、１種類の接合樹脂９１７を用いていたため、当該接合樹脂は単一な応力特性を有することとなり、半導体チップ９０１において内周部分応力９２３が外周部分応力９２１より大きくなってしまう現象が発生していた。
【００４８】
しかしながら、本実施の形態では、半導体チップ１の内周部分には低応力接合樹脂２３を、外周部分には高応力接合樹脂２１を注入している為、半導体チップ１の内周部分に作用する応力（この応力を、「内周部分応力」という。）２５と、外周部分に作用する応力（この応力を、「外周部分応力」という。）２７とが均一になる（内周部分応力２５と外周部分応力との差異が従来よりも小さくなる。）。このことで、半導体チップ１の外周部分に位置するトランジスタ５ａのトランジスタ特性と、内周部分に位置するトランジスタ５ｂのトランジスタ特性とに大きな差異が発生せず、最終的に回路異常を引き起こす恐れが少なくなる。
【００４９】
低応力接合樹脂２３は、例えば、熱硬化性の低い樹脂、つまり、硬化時の温度が低い樹脂を利用することで、内周部分の応力を小さくできる。より具体的には、低応力接合樹脂２３には、低温でも樹脂が軟化し易い性質を有する熱硬化性・熱可塑性樹脂、例えば架橋性の低い材料を使用した樹脂を用いることができる。
【００５０】
逆に、高応力接合樹脂２１は、例えば、熱硬化性の高い樹脂、つまり、硬化時の温度が高い樹脂を利用することができ、より具体的には、低温でも樹脂が軟化し難い性質を有する熱硬化性・熱可塑性樹脂、例えば架橋性の高い材料を使用した樹脂を用いることができる。
【００５１】
以上の現象を、図４を用いて詳細に説明する。
図４は、図３で示した低応力接合樹脂２３および高応力接合樹脂２１による半導体チップ１の内周部分応力２５および外周部分応力２７が半導体チップ１内のトランジスタ５にどのように働くかを示したグラフ図である。なお、縦軸がトランジスタ変動率をパーセンテージで示したもの、横軸が半導体チップ１の位置を示したものである。
【００５２】
図４に示すように内周部分応力２５は内周部分に低応力接合樹脂２３を使用している為、トランジスタ５ｂに作用する応力は非常に小さくなり、内周部分にあるトランジスタ５ｂのトランジスタ特性は大きく変動しない。逆に外周部分応力２７は外周部分に高応力接合樹脂２１を使用しているが、もとより外周部分は応力が働き難い為、トランジスタ５ａに作用する応力は非常に小さくなり、外周部分にあるトランジスタ５ａのトランジスタ特性は大きく変動しない。
【００５３】
この結果、半導体チップ１の内周部分にあるトランジスタ５ｂのトランジスタ特性と、半導体チップ１の外周部分にあるトランジスタ５ａのトランジスタ特性とに差異が生じ難くなり、半導体チップ９０１の内周部分と外周部分とでトランジスタ特性に大きな差異が発生してしまう従来の問題点の改善が可能となる。
【００５４】
また、図２の（ａ）に示す一例では最外周の４角の電極パッド７ｃよりも内側部分（電極パッド７ｄが存在する部分）については低応力接合樹脂２３で、内側部分よりも外側の外側部分（電極パッド７ｃが存在する部分）については高応力接合樹脂２１でそれぞれ半導体チップ１と外部基板１３とを接合させている。
【００５５】
これは、最外周に設けられ且つ正方形状の半導体チップ１の４隅に位置する電極パッド７ｃの周辺部分は応力差異が激しい部分である為、４角の電極パッド７ｃよりも内側で低応力接合樹脂２３と高応力接合樹脂２１の境界としている。
【００５６】
また図２の（ｂ）に示す一例では最外周の電極パッド７ｅよりも内側部分（電極パッド７ｆが存在する部分）については低応力接合樹脂２３で、内側部分よりも外側の外側部分（電極パッド７ｅが存在する部分）については高応力接合樹脂２１でそれぞれ半導体チップ１と外部基板１３とを接合させている。
【００５７】
これも、上記と同様に最外周に設けられた電極パッド７ｅの周辺部分は応力差異が激しい部分である為、最外周の電極パッド７ｅよりも内側で低応力接合樹脂２３と高応力接合樹脂２１の境界としている。
４．製造方法
次に本実施の形態に係る半導体装置１９の製造方法について説明する。
【００５８】
図５は一般的な半導体チップ９０１を、パッケージ基板をはじめとする外部基板９１３と接合させた半導体装置９１９の場合の製造方法のフロー図であり、図６は本実施の形態に係る半導体装置１９に係る低応力接合樹脂２３と高応力接合樹脂２１とを注入する方法について詳細に示したフロー図である。
【００５９】
図５の（ａ）に示すようにまずベークしたパッケージ基板である外部基板９１３に対して半導体チップ９０１を圧着させる、通称ＦＣＢ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｂｏｎｄｉｎｇ）工程を経る。
【００６０】
その後、リフロー、洗浄、ベーク、プラズマ照射などの工程を経た後、図５の（ｂ）に示すように接合樹脂注入ノズル９２５を用いて、半導体チップ９０１と外部基板９１３との間の隙間に接合樹脂９１７を注入する。その後、図５の（ｃ）に示すように熱によるキュアを行い、接合樹脂９１７を硬化させて、半導体装置９１９が完成する。
【００６１】
次に、実施の形態に係る半導体装置１９の特徴である低応力接合樹脂２３と高応力接合樹脂２１との注入について説明する。
半導体装置１９は、上記の、一般的な半導体チップ９０１を外部基板９１３と接合させた場合の製造方法のフロー図における図３の（ｂ）以外は同じである。したがって、ここでは、図３の（ｂ）で示した接合樹脂注入工程に相当する工程について、図６を用いて詳細に説明する。
【００６２】
まず、図６の（ａ）に示すように半導体チップ１の方面（外部基板の表面と平行な方向）から半導体チップ１と外部基板１３との間であって内部部分２９に相当する空間に低応力接合樹脂２３を注入する。
【００６３】
その際、半導体チップ１と外部基板１３との隙間であって内周部分２９に相当する空間に低応力接合樹脂２３が均一に注入されるよう、接合樹脂注入ノズル３１を半導体チップ１の一辺側から半導体チップ１と外部基板１３との間に挿入した後、高応力接合樹脂２３を注入しながら半導体チップ１の前記一辺を左右（当該一辺の両端）方向に移動させて行う。
【００６４】
具体的には、接合樹脂注入ノズル３１を半導体チップ１の一辺側から半導体チップ１と外部基板１３との間の隙間に挿入し、高応力接合樹脂２３を注入しながら半導体チップ１の前記一辺を左右（当該一辺の両端）方向に移動させる注入移動工程と、接合樹脂注入ノズル３１が左右方向の端に到達すると接合樹脂注入ノズル３１を後退させる後退工程とを交互に繰り返して行う。
【００６５】
なお、接合樹脂注入ノズル３１の隙間への挿入を、半導体チップ１の一辺の半分に相当する分だけにして、この半分の高応力接合樹脂２３の注入が完了した後、反対側の一辺からの接合樹脂注入ノズル３１を挿入し、残り半分に高応力接合樹脂２３を注入するようにしても良い。
【００６６】
その後、図６の（ｂ）に示すように半導体チップ１の各辺から、半導体チップ１と外部基板１３との隙間に接合樹脂ノズル３１を挿入して、当該ノズル３１から高応力接合樹脂２１を注入する。
【００６７】
その際、半導体チップ１と外部基板１３との間であっての外周部分３３に相当する空間に均一に高応力接合樹脂２１が注入されるよう、接合樹脂注入ノズル３１を半導体チップ１の各辺 から挿入して高応力接合樹脂２１を注入しながら、各辺に沿って移動させて全周にわたって高応力接合樹脂２１の注入を実施する。
＜第２の実施の形態＞
図７は第２の実施の形態に係る半導体装置１０１について詳細に示したものである。
【００６８】
この図７は半導体チップを外部基板と接合させた場合の半導体装置の断面構造を示した図であり、電極パッドを半導体チップ上にマトリクスに配置した状態の半導体装置を想定している。
【００６９】
半導体装置１０１は、図７に示すように半導体ウェハをダイシングなどで個片化したものを半導体チップ１０３とし、半導体チップ１０３の表面に形成したバンプ１０５と、外部基板１０７上に形成した外部電極１０９とを圧着させて電気的な接合をとり、半導体チップ１０３と外部基板１０７の間に接合樹脂１１１を注入して接合させる構造になっている。
【００７０】
第２の実施の形態に係る半導体装置１０１の特徴としては、表面保護膜１１３を複数（図７では２種類である。）種類に分けていることである。２種類の表面保護膜は、半導体チップ１０３の中心部分では第１層表面保護膜１１５と第２層表面保護膜１１７の２層構造、半導体チップ１０３の周辺部分では第１層表面保護膜１１５の１層構造となっていることである。
【００７１】
つまり、第１層表面保護膜１１５は、第１の実施の形態と同様に、半導体チップ１０３の表面であって半導体チップ１０３上の電極パッド１１９の中央部分を除いた部分を被覆し、第２層表面保護膜１１７は、半導体チップ１０３の中央に位置する第１層表面保護膜１１５を被覆する。
【００７２】
通常、第１層表面保護膜１１５にはＳｉＮ等の材料が、第２層表面保護膜１１７にはポリイミドやＰＢＯ等の材料がそれぞれ用いられる。
図８から図９は、第１層表面保護膜１１５と第２層表面保護膜１１７の形成概要の例について説明する図である。
１．実施例１
図８の（ａ）に示す一例では、最外周の４角（４隅）の電極パッド１１９ａより内側部分（中心部分であり、最外周の４角の電極パッド１１９ａ以外の電極パッド１１９ｂがある部分）については第１層表面保護膜１１５と第２層表面保護膜１１７の２層構造を、外側部分（つまり、最外周の４角の電極パッド１１９ａがある部分）については第１層表面保護膜１１５の１層構造をそれぞれ採用している。
【００７３】
なお、図８の（ａ）では、半導体チップ１０３の中心部分を含んだ中央部分に形成された第１層表面保護層１１５は、第２層表面保護層１１７により被覆されているため、中央部分では第２層表面保護層１１７の符号を付している。
【００７４】
図８の（ｂ）に示す一例では最外周の電極パッド１１９ｃより内側部分（中央部分であり、最外周の電極パッド１１９ｃ以外の電極パッド１１９ｄがある部分）については第１層表面保護膜１１５と第２層表面保護膜１１７の２層構造を、外側部分（周辺部分であり、最外周の電極パッド１１９ｃがある部分）については第１層表面保護膜１１５の１層構造をそれぞれ採用している。
【００７５】
なお、図８の（ｂ）では、半導体チップ１０３の中心部分を含んだ中央部分に形成された第１層表面保護層１１５は、第２層表面保護層１１７により被覆されているため、中央部分では第２層表面保護層１１７の符号を付している。
【００７６】
また、半導体チップ１０３の基板１２１内には、半導体回路であるトランジスタ１２３が電極パッド１１９の位置に関係なく複数形成されている（図７参照）。
２．実施例２
上記実施例１では、表面保護層１１３は２種類であったが、３種類以上であっても良い。
【００７７】
以下、３種類の場合について説明する。
図９の（ａ）に示す一例では、最外周の４角（隅）の電極パッド１１９ｅがある角部分については第１層表面保護膜１１５の１層構造を、最外周の４角の電極パッド１１９ｅより内側部分であって最外周の４角以外の電極パッド１１９ｆと最外周から内側に一列入った第２周の４角（隅）の電極パッド１１９ｇとがある部分については第１層表面保護膜１１５と第２層表面保護膜１１７の２層構造を、第２周の４角（隅）の電極パッド１１９ｇより内側部分であって、電極パッド１１９ｈがある部分については更に第３層表面保護膜１１８を被覆した３層構造をそれぞれ採用している。
【００７８】
図９の（ｂ）の一例では、最外周の電極パッド１１９ｉがある周辺部分については第１表面保護膜１１５の１層構造を、最外周の電極パッド１１９ｉより内側であって最外周より一列内側に入った第２周の電極パッド１１９ｊがある部分（中間部分）については第１層表面保護膜１１５と第２層表面保護膜１１７の２層構造を、第１週の電極パッド１１９ｊ（中間部分）より内側の電極パッド１１９ｋがある部分（中心を含んだ中央部分）については更に第３層表面保護膜１１８を被覆した３層構造をそれぞれ採用している。
３．複数構造の保護膜について
上記図７から図９に示す半導体装置の構造にする意味合いや効果について以下に詳しく説明する。
【００７９】
図１０は、図７で示した半導体チップ１０３を外部基板１０７に接合させた場合、接合応力が半導体チップ１０３内のトランジスタ１２３にどのように働くかを示した図である。
【００８０】
なお、図７に示す半導体装置１０１では、半導体チップ１０３の内側部分には第１層表面保護膜１１５と第２層表面保護膜１１７との２層構造、外側部分については第１層表面保護膜１１５の１層構造にそれぞれしている。特に第２層表面保護膜１１７はポリイミドやＰＢＯを使用しており、このポリイミドやＰＢＯは接合樹脂による応力を緩和させる効果がある。
【００８１】
従来は接合樹脂（９１７）の応力特性により、半導体チップ９０１の内周部分応力９２３が半導体チップ９０１の外周部分応力９２１と比較してより大きくなってしまう現象が発生していたが、第２の実施の形態に係る半導体装置１０１では、上記の第２層表面保護膜１１７の応力緩和効果により半導体チップ１０３の内周部分応力１２５と外周部分応力１２７が均一になり、両応力１２５，１２７の差が小さくなる。
【００８２】
このことで、半導体チップ１０３の内側部分のトランジスタ１２３ｂのトランジスタ特性と、外側部分のトランジスタ１２３ａのトランジスタ特性とに大きな差異が発生せず、最終的に回路異常を引き起こす恐れがなくなる。
【００８３】
以上の現象を、図１１を用いて詳細に説明する。
図１１は、図１０で示した第１層表面保護膜１１５と第２層表面保護膜１１７とが形成されている半導体チップ１０３の内周部分応力１２５および外周部分応力１２７が半導体チップ１０３内のトランジスタ１２３にどのように働くかを示したグラフ図である。縦軸がトランジスタ変動率をパーセンテージで示したもの、横軸が半導体チップ位置を示したものである。
【００８４】
図１１に示すように半導体チップ１０３の内周部分応力１２５は第２層表面保護膜１１７による応力緩和により応力は非常に小さくなり、半導体チップ１０３の内周部分にあるトランジスタ１２３ｂは大きく変動しない。逆に外周部分応力１２７は第２層表面保護膜１１７による応力緩和は無いが、もとより半導体チップ１０３の外周部分は応力が働き難い為、応力は非常に小さくなり、外周部分にあるトランジスタ１２３ａは大きく変動しない。
【００８５】
この結果、半導体チップ１０３の内周部分にあるトランジスタ特性と外周部分にあるトランジスタ特性とに大きな差異が発生してしまう現象が発生した従来の問題点の改善が可能となる。
【００８６】
また、図８の（ａ）の一例では、電極パッド１１９ａがある外側部分については表面保護膜１１３を１層構造にし、電極パッド１１９ｂがある内側部分については表面保護膜１１３を２層構造にしている。これは最外周４隅の電極パッド１１９ａの周辺部分は応力差異が激しい部分である為、第１層表面保護層１１５と第２層表面保護層１１７との形成境界としている。
【００８７】
図８の（ｂ）の一例では、電極パッド１１９ｃがある外側部分については表面保護膜１１３を１層構造にし、電極パッド１１９ｄがある内側部分については表面保護膜１１３を２層構造にしている。
【００８８】
これも上記同図の（ａ）と同様に最外周の電極パッド１１９ｃの周辺部分は応力差異が激しい部分である為、第１層表面保護層１１５と第２層表面保護層１１７との形成境界としている。
【００８９】
図９の（ａ）の一例では、電極パッド１１９ｅがある外側部分については表面保護膜１１３を１層構造にし、電極パッド１１９ｆ，１１９ｇがある中間部分については表面保護膜１１３を２層構造にし、更に電極パッド１１９ｈがある中央部分については３層構造にしている。
【００９０】
これにより均一な応力緩和を求めた場合、このように表面保護膜１１３を重ねて応力緩和を実施することを示している。
図９の（ｂ）の一例では、電極パッド１１９ｉがある外側部分については表面保護膜１１３を１層構造にし、電極パッド１１９ｊがある中間部分については表面保護膜１１３を２層構造にし、更に電極パッド１１９ｋがある中央部分については３層構造にしている。
【００９１】
これも上記同図の（ａ）と同様により均一な応力緩和を求めた場合、このように表面保護膜を重ねて応力緩和を実施することを示している。
＜第３の実施の形態＞
図１２は第３の実施の形態に係る半導体装置２０１について詳細に示したものである。
【００９２】
この図１２は半導体チップを外部基板と接合させた半導体装置の断面構造を示した図であり、具体的には第１の実施の形態、第２の実施の形態で示した構造を組み合わせたものである。
【００９３】
半導体装置２０１は、図１２に示すように半導体ウェハをダイシングなどで個片化したものを半導体チップ２０３とし、半導体チップ２０３上に形成したバンプ２０５と、外部基板２０７上に形成した外部電極２０９とを圧着させて電気的な接合をとり、半導体チップ２０３と外部基板２０７の間に接合樹脂２１１を注入して接合させる構造になっている。
【００９４】
第３の実施の形態に係る半導体装置２０１の特徴としては、第１の実施の形態のように接合樹脂２１１を２種類にわけ、半導体チップ２０３の中央部分には低応力接合樹脂２１３を、周辺部分には高応力接合樹脂２１５をそれぞれ注入することと、第２の実施の形態のように表面保護膜２１７を２種類にわけ、半導体チップ２０３の中央部分には第１層表面保護膜２１９と第２層表面保護膜２２１の２層構造、周辺部分には第１層表面保護膜２１９の１層構造とすることとをミックスした構造になっていることである。
【００９５】
図１３は図１２で示した半導体チップ２０３を外部基板２０７と接合させた場合、接合応力がトランジスタ２２３にどのように働くかを示した図である。
従来は単一な応力を持った接合樹脂の特性により、半導体チップ９０１の内周部分応力９２３が外周部分応力９２１より大きくなってしまう現象が発生していたが、第３の実施の形態では、半導体チップ２０３の内周部分には低応力接合樹脂２１３を、外周部分には高応力接合樹脂２１５をそれぞれ注入し、加えて、半導体チップ２０３の内周部分には第１層表面保護膜２１９と第２層表面保護膜２２１の２層構造、外側部分については第１層表面保護膜２１９の１層構造にそれぞれ採用している為、半導体チップ２０３の内周部分応力２２５が緩和され、内周部分応力２２５と外周部分応力２２７が均一になり、このことで半導体チップ２０１の外周部分のトランジスタ２２３ａのトランジスタ特性と、内周部分のトランジスタ２２３ｂのトランジスタ特性とに大きな差異が発生せず、最終的に回路異常を引き起こす恐れがなくなる。
【００９６】
以上の現象を、図１４を用いて詳細に説明する。
図１４は、図１３で示した構造により、半導体チップ２０３の内周部分応力２２５と外周部分応力２２７が半導体チップ２０３内のトランジスタ２２３にどのように働くかを示したグラフ図である。縦軸がトランジスタ変動率をパーセンテージで示したもの、横軸が半導体チップ位置を示したものである。
【００９７】
図１４に示すように、半導体チップ２０３の内周部分応力２２５は低応力接合樹脂２１３と第２層表面保護膜２２１とを使用している為、応力は非常に小さくなり、半導体チップ２０３の内周部分にあるトランジスタ２２３ｂは大きく変動しない。逆に外周部分応力２２７は高応力接合樹脂２１５を使用し、第２層表面保護膜２２１を使用していないが、もとより半導体チップ２０３の外周部分は応力が働き難い為、その応力は非常に小さくなり、外周部分にあるトランジスタ２２３ａは大きく変動しない。
【００９８】
この結果、半導体チップ２０３の内周部分にあるトランジスタ２２３ｂと外周部分にあるトランジスタ２２３ａとのトランジスタ特性に大きな差異が発生してしまう現象が発生した従来の問題点の改善が可能となる。
＜変形例＞
１．突起電極
上記実施の形態では、突起電極であるバンプは、半導体チップの電極パッドに形成されていたが、例えば、外部装置側の外部基板の外部電極に形成されていても良い。
【００９９】
また、突起電極は、例えば、半導体チップへの電極パッドの形成に合わせて形成しても良いし、外部基板への外部電極の形成に合わせて形成しても良い。さらには、突起電極の形成に合わせて、半導体チップと外部基板とを接合しても良い。
２．電極パッド
上記実施の形態では、電極パッド（半導体チップの電極パッドと外部基板の外部電極である。）の平面視形状は円形状をしていたが、他の形状あっても良い。他の形状としては、三角形等の多角形状、楕円形状等がある。また、多角形状や楕円（円を含む。）の管状であっても良い。
３．半導体チップ
実施の形態では、半導体チップの平面視形状は正方形状をしていたが、他の形状であっても良い。他の形状としては、三角形等の多角形状等がある。
４．電極パッドの配置
実施の形態では、半導体チップに形成された電極パッドは複数あり、これらは、例えば、マトリクス上に配置されていたが、他の形状に配置されていても良い。例えば、同心円状に多重に配されていても良いし、四角形を除く（視角形状はマトリクス上であり、実施の形態で説明している。）、多重の多角形状であって良い。
５．接合樹脂（材料）
第１および第３の実施の形態では、接合樹脂として２種類用いたが、３種類以上用いても良い。３種類用いる例としては、図９における表面保護層のように、外側、中間、内側と接合樹脂を分けて形成しても良い。
【０１００】
なお、接合樹脂を複数用いる場合、半導体チップの中央部分から周縁部分に移るに従って、半導体チップに作用する接合樹脂による応力が高くなるようにするのが好ましい。
また、実施の形態では、接合材料として樹脂を用いたが、他の材料で、同様の効果を得ることができる材料であれば、利用できる。
６．表面保護層
第２の実施の形態では、第２層表面保護層における電極パッド上の開口と、第１層表面保護層における電極パッド上の開口とが同じ形状、寸法であったが、例えば、異なる形状、寸法の開口としても良い。
【０１０１】
例えば、第２層表面保護層における電極パッド上の開口を、第１層表面保護層における電極パッド上の開口よりも大きくしても良い。また、第１層表面保護層における電極パッド上の開口を円形状とし、第２層表面保護層における電極パッド上の開口を、第１層表面保護膜層の開口形状である円の直径を一辺とする正方形状であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は半導体装置の構造、特に電極パッドの下部以外に関わらず半導体チップのすべてにトランジスタで構成される半導体回路などの形成を行う半導体装置の構造およびその製造方法に関して有用なものである。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 半導体チップ
３ 基板
５ トランジスタ
７ 電極パッド
９ 表面保護膜
１１ バンプ
１３ 外部基板
１５ 外部電極
１７ 接合樹脂
１９ 半導体装置
２１ 高応力接合樹脂
２３ 低応力接合樹脂
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
前記半導体チップの第１の主面に形成された第１の電極パッドと、
外部基板と、
前記外部基板の第１の主面に形成された第２の電極パッドと、
前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとを電気的に接合する突起電極と、
前記半導体チップと前記外部基板との間の隙間に充填されて前記半導体チップと前記外部基板とを接合させる接合材料とを備え、
前記接合材料は、前記半導体チップの中心部分に形成された第１の接合材料と、前記半導体チップの外周部分に形成された第２の接合材料との少なくとも２種類があり、
前記半導体チップに作用する前記接合材料による引張応力は、前記第２の接合材料の方が前記第１の接合材料よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の電極パッドは、複数あり、前記第１の主面に行列状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２の接合材料は前記半導体チップのコーナー部に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２の接合材料は前記第１の電極パッドの内、最外周の角に配置されたパッドを含む部分に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２の接合材料は前記第１の電極パッドの内、最外周に配置されたパッドを含む部分に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体チップの前記第１の主面を、前記第１の電極パッド上に開口を有する状態で覆う第１の保護膜が形成されており、
前記中心部分内における前記第１の保護膜上に、前記第１の電極パッド上に開口を有するように第２の保護膜が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２の保護膜は前記半導体チップのコーナー部を除いた部分に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２の保護膜は、前記第１の電極パッドの内、最外周の角に配置されたパッドを除いた部分に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第２の保護膜は前記第１の電極パッドの内、最外周に配置されたパッドを除いた部分に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項１０】
第１の主面に第１の電極パッドを有する半導体チップを用意する工程と、
第１の主面に第２の電極パッドを有する外部基板を用意する工程と、
前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとを突起電極により接合する工程と、
前記半導体チップと前記外部基板との間の隙間に接合材料を注入して前記半導体チップと前記外部基板とを前記接合材料で接合させる工程とを備え、
前記接合材料で接合させる工程は、前記半導体チップの中心部分に第１の接合材料を注入する工程と、前記半導体チップの外周部分に、前記接合材料によって前記半導体チップに作用する引張応力が前記第１の接合材料よって作用する引張応力よりも高くなる第２の接合材料を注入す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。
【請求項１１】
前記半導体チップは、平面視多角形状をし、
前記第１の接合材料を注入する工程は、接合材料注入ノズルを前記半導体チップの１辺に沿って当該辺の両端間を移動させて注入することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記半導体チップは、平面視多角形状をし、
前記第２の接合材料を注入する工程は、接合材料注入ノズルを前記半導体チップの各辺に沿って一周させて注入することを特徴とした請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
半導体チップと、
前記半導体チップの第１の主面に形成された第１の電極パッドと、
外部基板と、
前記外部基板の第１の主面に形成された第２の電極パッドと、
前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとを電気的に接合する突起電極と、
前記半導体チップと前記外部基板との間の隙間に充填されて前記半導体チップと前記外部基板とを接合させる接合材料とを備え、
前記接合材料は、前記半導体チップの中心部分に形成された第１の接合材料と、前記半導体チップの外周部分に形成された第２の接合材料との少なくとも２種類があり、
前記半導体チップに作用する前記接合材料による引張応力は、前記第２の接合材料の方が前記第１の接合材料よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の電極パッドは、複数あり、前記第１の主面に行列状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２の接合材料は前記半導体チップのコーナー部に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２の接合材料は前記第１の電極パッドの内、最外周の角に配置されたパッドを含む部分に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２の接合材料は前記第１の電極パッドの内、最外周に配置されたパッドを含む部分に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体チップの前記第１の主面を、前記第１の電極パッド上に開口を有する状態で覆う第１の保護膜が形成されており、
前記中心部分内における前記第１の保護膜上に、前記第１の電極パッド上に開口を有するように第２の保護膜が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２の保護膜は前記半導体チップのコーナー部を除いた部分に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２の保護膜は、前記第１の電極パッドの内、最外周の角に配置されたパッドを除いた部分に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第２の保護膜は前記第１の電極パッドの内、最外周に配置されたパッドを除いた部分に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項１０】
第１の主面に第１の電極パッドを有する半導体チップを用意する工程と、
第１の主面に第２の電極パッドを有する外部基板を用意する工程と、
前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとを突起電極により接合する工程と、
前記半導体チップと前記外部基板との間の隙間に接合材料を注入して前記半導体チップと前記外部基板とを前記接合材料で接合させる工程とを備え、
前記接合材料で接合させる工程は、前記半導体チップの中心部分に第１の接合材料を注入する工程と、前記半導体チップの外周部分に、前記接合材料によって前記半導体チップに作用する引張応力が前記第１の接合材料よって作用する引張応力よりも高くなる第２の接合材料を注入す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。
【請求項１１】
前記半導体チップは、平面視多角形状をし、
前記第１の接合材料を注入する工程は、接合材料注入ノズルを前記半導体チップの１辺に沿って当該辺の両端間を移動させて注入することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記半導体チップは、平面視多角形状をし、
前記第２の接合材料を注入する工程は、接合材料注入ノズルを前記半導体チップの各辺に沿って一周させて注入することを特徴とした請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−１５６３０６（Ｐ２０１２−１５６３０６Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４０６８（Ｐ２０１１−１４０６８）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]