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JP3821125B2 - 半導体装置の製造方法、半導体装置、回路基板、電子機器 - Google Patents

半導体装置の製造方法、半導体装置、回路基板、電子機器 Download PDF

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JP3821125B2
JP3821125B2 JP2003420807A JP2003420807A JP3821125B2 JP 3821125 B2 JP3821125 B2 JP 3821125B2 JP 2003420807 A JP2003420807 A JP 2003420807A JP 2003420807 A JP2003420807 A JP 2003420807A JP 3821125 B2 JP3821125 B2 JP 3821125B2
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Description

本発明は、半導体装置の製造方法、半導体装置、回路基板、電子機器に関する。
現在、携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、PDA(Personal data assistance)等の携帯性を有する電子機器、センサ、マイクロマシン、及びプリンタのヘッド等の機器は、小型・軽量化のため、内部に設けられる半導体チップ等の各種の電子部品の小型化が図られている。また、これらの電子部品は実装スペースが極めて制限されている。
このため、近年においては、CSP(Chip Scale Package)或いはW−CSP(Wafer level Chip Scale Package)と呼ばれる技術を用いて超小型の半導体チップを製造するための研究・開発が盛んに行われている(例えば特許文献1参照)。W−CSP技術ではウェハの状態において一括して再配置配線(再配線)及び樹脂封止を行なってから個々の半導体チップに分離しているため、チップ面積と同程度の面積を有する半導体装置を製造することができる。
また、更なる高集積化のために、同様の機能を有する半導体チップ同士又は異なる機能を有する半導体チップを積層し、各半導体チップ間の電気的接続をとることで、半導体チップの高密度実装を図る三次元実装技術も案出されている。
特開2002−50738号公報
ところで、最近、このような3次元実装をW−CSP基板の能動面上で行なうことで一段の高密度化を実現する試みがなされている。すなわち、この方法では、電子回路の形成されたウェハの能動面側に外部電極となる接続端子を埋め込み形成した後、この接続端子を介して半導体チップを積層し、最後にウェハの裏面を研磨して接続端子の一部を露出させる。そして、このようにチップがウェハ上に実装された状態でウェハを切断し、個々の半導体装置に切り分ける。
しかし、この方法では、半導体装置を異なる端子配列を有する回路基板上に実装するために、ウェハの裏面側に再配置配線等を作り込む必要があるが、研磨面に配線等を作りこむことは技術的に難しく、又、新たに配線層を形成することで工程が煩雑になる。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、より簡単に高密度実装を実現できるようにした半導体装置の製造方法と、その半導体装置、並びに、この半導体装置を備えた回路基板、電子機器を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明の半導体装置の製造方法は、複数の電子回路が形成された能動面を有する基板の当該能動面側に、上記電子回路の外部電極となる接続端子を埋め込み形成する工程と、上記基板の裏面を研磨して上記接続端子の一部を露出させる工程と、上記基板の裏面側に上記接続端子を介して半導体チップを実装する工程と、上記基板上に実装された上記半導体チップを封止材によって封止する工程と、上記基板を各電子回路の形成領域毎に切断し、複数の半導体装置に個片化する工程とを備えたことを特徴とする。
本方法では、最終的に基板の能動面が実装面となるため、予め再配置配線等を接続端子等と同時に能動面側に形成しておくことで、従来(即ち、基板の能動面側にチップを3次元実装し、基板の裏面側を実装面とする場合)よりも工程を簡略化することができる。また本方法では、再配置配線等が基板の能動面側に形成されるので、これを基板の裏面(研磨面)に形成する従来の場合に比べて形成は容易となる。
なお、本方法では、上記基板の切断を上記基板の能動面側から行なうことが望ましい。こうすることで、例えば基板の裏面側から切断を行なう場合に比べてチッピングが生じにくくなる。つまり、基板の裏面側からダイシング等を行なう場合、基板の能動面側がダイシングテープ等によって固定されるが、このようなダイシングテープは薄型化が求められる結果、被接着材である基板を十分に保持できない(即ち、被接着剤とテープとの間がぐらつく)ことがあり、切断時にこのようなぐらつきが生じると、ブレードの先端部が基板からテープ側に突き抜ける際に、基板の一部が欠けてしまうことがある(チッピング)。これに対して本方法では、基板は半導体チップを封止する厚膜の封止材によって確実に保持されるため、ブレードの先端部が基板から封止材側に抜ける際に両者の間がぐらつくことはない。なお、上記基板の切断工程では、基板を支持するための支持材を別途用意してもよいが、本方法では基板の能動面側が厚膜の封止樹脂によって保護されていることから、この封止材を支持材として上記基板をダイシングしてもよい。こうすることで、支持材の取り付け工程等が不要になり、工程がより簡単になる。
また本方法では、上記基板の切断工程の前に、各半導体装置を一括して検査する工程を設けることが望ましい。こうすることで、例えばこの検査工程を基板の切断工程後に行なう(即ち、個々の半導体装置に分割した状態で行なう)場合に比べて、検査が容易となる。
また本方法では、上記半導体チップの実装工程の前に、上記能動面に形成された各電子回路を検査する工程を備え、上記半導体チップの実装工程では、上記電子回路の検査工程において良品とされた電子回路に対してのみ上記半導体チップを実装することが望ましい。このように予め良品を選別しておくことで、その後のチップの搭載を無駄なく行なうことができる。この場合、上記半導体チップの実装工程では、上記電子回路の検査工程において良品とされなかった電子回路に対してダミーチップを実装することが好ましい。こうすることで、封止材の流動が均一化され、封止材中に気泡が巻き込まれにくくなる。
また本方法では、上記半導体チップの実装工程を、上記基板の裏面側に上記接続端子を介して複数の半導体チップを3次元実装する工程とすることができる。この場合、半導体チップは貫通電極を有し、上記半導体チップの実装工程では、複数の半導体チップがその貫通電極を介して積層されることになる。
また、本発明の半導体装置は上述の方法により製造されたことを特徴とする。また、本発明の回路基板又は電子機器は上述の半導体装置を備えたことを特徴とする。これにより、高性能なデバイスを安価に提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法、半導体装置、及び電子機器について詳細に説明する。本実施形態の半導体装置の製造方法は、概説すると薄板化したウェハ(基板)上に個々の半導体チップを積層する点を特徴とするものであり、全体の製造工程は半導体チップが積層させる基板を処理する第1処理工程と、積層する半導体チップを製造する第2処理工程と、基板上にチップを実装する第3処理工程とに大別される。これらの工程は順次行われても良く、第1処理工程と第2処理工程とを並列して行っても良い。製造効率の観点からは、予め第2処理工程により半導体チップを形成しておき、第1処理工程が終了した後に第3処理工程を行うことが好ましい。以下、これらの各工程について詳細に説明する。
〔第1処理工程〕
図1は、本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法において処理対象として用いられる基板(半導体基板)の上面図である。処理対象となる基板10は、例えばSi(シリコン)基板であり、能動面10aには複数の区画領域(ショット領域)SAが設定されている。各々の区画領域SA内には、トランジスタ、メモリ素子、その他の電子素子並びに電気配線及び電極パッド16(図3参照)等からなる電子回路が形成されている。一方、基板10の裏面10b(図2参照)にはこれらの電子回路は形成されていない。
図2は、本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法において応力緩和層26及び接続端子24を形成する工程を示す工程図である。また、図3〜図6は、本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法により処理される基板10の表面部分の詳細を示す断面図である。図2(a)は、図1中においてA−A線を付した箇所の概略断面図である。尚、基板10の厚みは、例えば500μm程度である。
ここで、基板10の能動面10a側の構成について詳細に説明する。図3(a)は、図2(a)中の符号Bを付して示した箇所の拡大図である。図3(a)に示す通り、基板10上には基板10の基本的な材料であるSiの酸化膜(SiO)からなる絶縁膜12及び硼燐珪酸ガラス(BPSG)からなる層間絶縁膜14が順に形成されている。
また、層間絶縁膜14上の一部には、図示しない箇所で基板10の能動面10aに形成された電子回路と電気的に接続された電極パッド16が形成されている。この電極パッド16は、Ti(チタン)からなる第1層16a、TiN(窒化チタン)からなる第2層16b、AlCu(アルミニウム/銅)からなる第3層16c、及びTiNからなる第4層(キャップ層)16dを順に積層して形成したものである。尚、電極パッド16の下方には電子回路が形成されていない点に注意されたい。
電極パッド16は、例えばスパッタリングにより第1層16a〜第4層16dからなる積層構造を層間絶縁膜14上の全面に形成し、レジスト等を用いて所定の形状(例えば、円形形状)にパターニングすることにより形成される。尚、本実施形態では、電極パッド16が上記の積層構造により形成されている場合を例に挙げて説明するが、電極パッド16がAlのみで形成されていても良いが、電気抵抗の低い銅を用いて形成することが好ましい。また、電極パッド16は、上記の構成に限られず、必要とされる電気的特性、物理的特性、及び化学的特性に応じて適宜変更しても良い。
また、上記層間絶縁膜14上には電極パッド16の一部を覆うように、パッシベーション膜18が形成されている。このパッシベーション膜18は、SiO(酸化珪素)、SiN(窒化珪素)、ポリイミド樹脂等により形成され、又はSiN上にSiOを積層した構成、あるいはその逆であることが好ましい。また、パッシベーション膜18の膜厚は2μm程度以上であって6μm程度以下であることが好ましい。
パッシベーション膜18の膜厚を2μm程度以上とするのは、上記の選択比を確保する上で必要であるからである。また、パッシベーション膜18の膜厚を6μm以下とするのは、後述する工程で電極パッド16上に形成する接続端子24(図6(b)参照)と電極パッド16とを電気的に接続するときに、電極パッド16上のパッシベーション膜18をエッチングする必要があり、膜厚が厚すぎると製造工程を低下させる虞があるからである。
以上の構成の基板10に対して、まず図2(b)に示す通り、基板10の能動面10aに孔部H3を形成する工程が行われる。図2(b)は、基板10に孔部H3を形成した状態を示す断面図である。この孔部H3は、基板10の能動面10a側に形成された電子回路の外部端子となる接続端子24を、その一部が基板10内に埋め込まれた形状に形成するためのものである。この孔部H3は図3(a)に示す電極パッド16の位置に電極パッド16を貫通するように形成される。ここで、孔部H3を形成する工程を図3〜図5を参照して詳細に説明する。
まず、スピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法等の方法によりレジスト(図示省略)をパッシベーション膜18上の全面に塗布する。尚、このレジストは、電極パッド16上を覆っているパッシベーション膜18を開口するために用いるものであり、フォトレジスト、電子線レジスト、X線レジストの何れであってもよく、ポジ型又はネガ型の何れであってもよい。
パッシベーション膜18上にレジストを塗布すると、プリベークを行った後で、所定のパターンが形成されたマスクを用いて露光処理及び現像処理を行い、レジストを所定形状にパターニングする。尚、レジストの形状は、電極パッド16の開口形状及び基板10に形成する孔の断面形状に応じて設定される。レジストのパターニングが終了すると、ポストベークを行った後で、図3(b)に示すように、電極パッド16を覆うパッシベーション膜18の一部をエッチングして開口部H1を形成する。図3(b)は、パッシベーション膜18を開口して開口部H1を形成した状態を示す断面図である。
尚、パッシベーション膜18のエッチングにはドライエッチングを適用することが好ましい。ドライエッチングは、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)であってもよい。また、パッシベーション膜18のエッチングとしてウェットエッチングを適用してもよい。パッシベーション膜18に形成される開口部H1の断面形状は、後述する工程で形成される電極パッド16の開口形状及び基板10に形成される孔の断面形状に応じて設定され、その径は電極パッド16に形成される開口の径及び基板10に形成される孔の径と同程度、例えば50μm程度に設定される。
以上の工程が終了すると、開口部H1を形成したパッシベーション膜18上のレジストをマスクとして、ドライエッチングにより電極パッド16を開口する。図3(c)は、電極パッド16を開口して開口部H2を形成した状態を示す断面図である。尚、図3(a)〜図3(c)の図中においてレジストは省略してある。図3(c)に示すように、パッシベーション膜18に形成された開口部H1の径と電極パッド16に形成された開口部H2の径は同程度となる。尚、ドライエッチングとしてはRIEを用いることができる。
更に、以上の工程で使用したレジストをマスクとして、次に層間絶縁膜14及び絶縁膜12をエッチングして、図4(a)に示すように基板10を露出させる。図4(a)は、層間絶縁膜14及び絶縁膜12をエッチングして、基板10の一部を露出させた状態を示す断面図である。この後、開口マスクとして使用してきたパッシベーション膜18上に形成したレジストを、剥離液或いはアッシング等により剥離する。
尚、上記プロセスにおいては、同一のレジストマスクを用いてエッチングを繰り返したが、各エッチング工程終了後、レジストをパターニングし直しても勿論良い。また、電極パッド16に形成された開口部H2を開口した後レジストを剥離し、電極パッド16の最表面のTiNをマスクにして、層間絶縁膜14及び絶縁膜12をエッチングし、図4(a)に示すように基板10を露出せしめることも可能である。更に付け加えるならば、各エッチング時の選択比を考慮して、レジストを厚膜化しておくことが必要である。
以上の工程が終了すると、パッシベーション膜18をマスクとして、ドライエッチングにより、図4(b)に示すように基板10を穿孔する。尚、ここでは、ドライエッチングとしてRIEのほかにICP(Inductively Coupled Plasma)を用いることができる。図4(b)は、基板10を穿孔して、孔部H3を形成した状態を示す断面図である。
図4(b)に示す通り、パッシベーション膜18をマスクとして基板10を穿孔しているため、基板10に形成される孔部H3の径はパッシベーション膜18に形成された開口部H1の径と同程度となる。その結果、パッシベーション膜18に形成された開口部H1の径、電極パッド16に形成された開口部H2の径、及び基板10に形成された孔部H3の径は、ほぼ同一になる。尚、孔部H3の深さは、最終的に形成する半導体チップの厚みに応じて適宜設定される。
また、図4(b)に示したように、基板10に孔部H3を形成すると、ドライエッチングによりパッシベーション膜18の一部がエッチングされ、その膜厚が薄くなっていることが分かる。ここで、孔部H3を形成するときに、エッチングによりパッシベーション膜18が除去されて、電極パッド16又は層間絶縁膜14が露出した状態になると、後工程を進める上で、又は、半導体装置としての信頼性を確保する上で好ましくない。このため、図3(a)に示した状態において、パッシベーション膜18の膜厚が2μm以上に設定される。
以上の工程が終了すると、次に、パッシベーション膜18上並びに孔部H3の内壁及び底面に絶縁膜20を形成する。図5(a)は、電極パッド16の上方並びに孔部H3の内壁及び底面に絶縁膜20を形成した状態を示す断面図である。この絶縁膜20は、電流リークの発生、酸素及び水分等による基板10の浸食等を防止するために設けられ、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)を用いて形成した正珪酸四エチル(Tetra Ethyl Ortho Silicate:Si(OC:以下、TEOSという)、即ちPE−TEOS、及び、オゾンCVDを用いて形成したTEOS、即ちO−TEOS、又はCVDを用いて形成した酸化シリコンを用いることができる。尚、絶縁膜20の厚みは、例えば1μmである。
続いて、スピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法等の方法によりレジスト(図示省略)をパッシベーション膜18上の全面に塗布する。或いは、ドライフィルムレジストを用いても良い。尚、このレジストは、電極パッド16の一部の上方を開口するために用いるものであり、フォトレジスト、電子線レジスト、X線レジストの何れであってもよく、ポジ型又はネガ型の何れであってもよい。
パッシベーション膜18上にレジストを塗布すると、プリベークを行った後で、所定のパターンが形成されたマスクを用いて露光処理及び現像処理を行い、電極パッド16の上方以外の部分並びに孔部H3及びその周辺部のみにレジストが残された形状、例えば孔部H3を中心とした円環形状にレジストをパターニングする。レジストのパターニングが終了すると、ポストベークを行った後で、エッチングにより電極パッド16の一部を覆う絶縁膜20及びパッシベーション膜18を除去し、電極パッド16の一部を開口する。尚、エッチングにはドライエッチングを適用することが好ましい。ドライエッチングは、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)であってもよい。また、エッチングとしてウェットエッチングを適用してもよい。尚、このとき、電極パッド16を構成する第4層16dも併せて除去する。
図5(b)は、電極パッド16を覆う絶縁膜20及びパッシベーション膜18の一部を除去した状態を示す断面図である。図5(b)に示すように、電極パッド16の上方は開口部H4となり、電極パッド16の一部が露出した状態となる。この開口部H4によって、後の工程で形成される接続端子(電極部)24と電極パッド16とを接続することができる。従って、開口部H4は孔部H3が形成された部位以外の部位に形成されていればよい。また、隣接していても良い。
本実施形態では、電極パッド16のほぼ中央に孔部H3(開口部H1)を形成する場合を例に挙げている。よって、開口部H4は、この孔部H3を取り囲むように、つまり電極パッド16の露出面積を大きくすることが電極パッド16と、後に形成される接続端子との接続抵抗を小さくする上で好ましい。また、孔部H3の形成場所は電極パッドのほぼ中央でなくても良く、複数の孔が形成されていても良い。尚、電極パッド16を覆う絶縁膜20及びパッシベーション膜18の一部を除去して、電極パッド16の一部を露出させると、除去する際に用いたレジストを剥離液により剥離する。
以上説明した工程を経て図2(b)に示す孔部H3が形成される。基板10に孔部H3を形成すると、次に基板10の能動面10a全面に感光性ポリイミドを塗布してプリベークを行った後で、所定のパターンが形成されたマスクを用いて感光性ポリイミドに対して露光処理及び現像処理を行い、感光性ポリイミドを所定形状にパターニングする。その後、ポストベークを行って応力緩和層26を形成する。この応力緩和層26は、基板10を含む半導体チップの熱膨張係数と半導体チップが搭載される基板等との熱膨張係数との差によって生ずる応力を緩和するために設けられる。
以上の工程が終了すると、図2(d)に示す通り、応力緩和層26が形成された基板10に下地膜22を形成する工程が行われる。図2(d)は、基板10上に応力緩和層26を形成した状態を示す断面図である。ここで、下地膜22は基板10の上面全面に形成されるため、図5(b)に示す電極パッド16の露出部並びに孔部H3の内壁及び底部にも下地膜22が形成される。ここで、下地膜22は、バリア層及びシード層からなり、まずバリア層を形成した後で、バリア層上にシード層を形成することで成膜される。バリア層は、例えばTiWから形成され、シード層はCuから形成される。これらは、例えばIMP(イオンメタルプラズマ)法、又は、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等のPVD(Physical Vapor Deposition)法いて形成される。
図6(a)は、孔部H3内に下地膜22を形成した状態を示す断面図である。図6(a)に示すように、下地膜22は、電極パッド16と絶縁膜20との段差STを十分にカバーして、電極パッド16上と絶縁膜20上(孔部H3の内部を含む)に連続的に形成される。尚、下地膜22を構成するバリア層の膜厚は、例えば100nm程度であり、シード層の膜厚は、例えば数百nm程度である。このように、本実施形態では後述する接続端子24と再配置配線32とを形成する上で必要となる下地膜22が一度の工程で基板10上に形成されるため、製造プロセスを簡略化することができる。
下地膜22の形成が終了すると、基板10の能動面10a上にメッキレジストを塗布し、接続端子24を形成する部分のみが開口した状態にパターニングしてメッキレジストパターン28を形成する。図2(e)はメッキレジストパターンを形成した状態を示す断面図である。その後、Cu電解メッキを行って、図2(f)に示す通り基板10の孔部H3及びメッキレジストパターン28の開口部にCu(銅)を埋め込み、接続端子24を形成する。図2(f)は、Cu電解メッキを行って接続端子24を形成した状態を示す断面図である。
接続端子24が形成されると、図2(g)に示す通り、基板10上に形成されているメッキレジストパターン28を剥離する。図2(g)は、接続端子24を形成した後にメッキレジストパターン28を剥離した状態を示す断面図である。また、図6(b)は、形成された接続端子24の構成の詳細を示す断面図である。図2(g)に示す通り、接続端子24は基板10の能動面10aに突出した突起状の形状であるとともに、その一部が基板10内に埋め込まれた形状である。また、図6(b)に示す通り、符号Cを付した箇所において、接続端子24は電極パッド16と電気的に接続されている。
基板10の能動面10a側に応力緩和層26及び接続端子24を形成すると、次に、基板10の能動面10a側に再配置配線を形成する工程が行われる。図7は、本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法において再配置配線32を形成する工程を示す工程図である。この工程においては、まず、基板10上の全面、即ち接続端子24及び下地膜22上にメッキレジストを塗布し、再配置配線32を形成する部分のみが開口した状態にパターニングして、図7(a)に示す通り再配置メッキレジストパターン30を形成する。その後、Cu電解メッキを行って図7(b)に示す通り下地膜22を介して応力緩和層26上に再配置配線を形成する。図7(b)は再配置配線32を形成した状態を示す断面図である。この再配置配線32は応力緩和層26上のみに形成される訳ではなく、応力緩和層26から接続端子24の形成位置まで延在した形状に形成され、接続端子24と電気的に接続される。
再配置配線32を形成すると、基板10上に形成されている再配置メッキレジストパターン30を剥離する。その後、再配置配線32を含めて基板10の能動面10a側全体をエッチングすることで、シード層をエッチバックする。ここで、再配置配線32の膜厚はシード層の膜厚よりも20倍程度厚いため、エッチバックにより再配置配線32が完全にエッチングされることはない。
次に、Cu(銅)からなる再配置配線32はRIEによりエッチングされないため、いわば再配置配線32をマスクとしてRIEを用いてシード層をエッチングする。これにより、再配置配線32の直下にあるバリア層のみが残り、不要部のバリア層がエッチングされる。尚、ウェットエッチングによりバリア層及びシード層をエッチングする場合には、再配置配線32を形成するCu(銅)の耐性があるエッチング液を用いる必要がある。
ここで、下地膜22の不要部とは、例えば接続端子24と再配置配線32とが形成されている部分以外の部分、即ち下地膜22が露出している部分である。以上のように、本実施形態では接続端子24と再配置配線32との各々を形成する上で必要となる下地膜22のエッチングが一度の工程で行われるため、製造プロセスを簡略化することができる。
図7(c)は、再配置配線32を形成して下地膜22の不要部をエッチングした状態を示す断面図である。図7(c)に示した例では、再配置配線32間における下地膜22がエッチングされていることが分かる。図8は、本発明の一実施形態において再配置配線32が形成された基板10の上面図である。尚、図8においては、基板10の能動面10aに設定された複数の区画領域SAの内の1つのみを図示している。図8に示す通り、ショット領域の対向する一対の辺に沿って接続端子24が配列されて形成されており、各々の接続端子24に一端が接続された状態で再配置配線32が形成されている。また、再配置配線32各々の他端はパッド34が形成されている。
以上の工程が完了すると、基板10の裏面10bをエッチングして基板10の厚みを減ずる工程が行われる。図9は、基板10の裏面をエッチングして基板10の厚みを減する工程を示す工程図である。本実施形態では、基板10の厚みを50μm程度に減じているが、この程度まで基板10の厚みを減ずると基板10の強度が低下して反りが生じたり又は基板10が破損することがある。このため、基板10の厚みを減じても基板10の強度を保つため基板10の能動面10a側(再配置配線32が形成された側)に支持部材を取り付けてある。
図9(a)は、基板10の能動面側に支持部材を取り付けた状態を示す断面図である。本実施形態においては、支持部材として粘着樹脂40と平坦なガラス基板42とを用いている。粘着樹脂40は基板10の能動面側10aに形成された接続端子24、応力緩和層26、及び再配置配線32等の凹凸を吸収するためのものであり、熱硬化性樹脂又はUV(紫外線)硬化樹脂等の硬化性樹脂を用いることが好ましい。また、ガラス基板42は基板10の強度を保つとともに、薄板化した基板10の裏面に対する処理を行う上で取り扱いを容易にするためのものである。尚、基板10は、後工程における処理で基板10の割れが生じない程度に強度が高く、両面の平坦性が高いものを用いることが好ましい。
基板10の能動面10a側に粘着樹脂40及びガラス基板42を取り付けるには、まず液状の粘着樹脂40をスピンコート等の塗布方法を用いて基板10の能動面10a側に塗布する。次に、塗布した粘着樹脂40に対して加熱又はUV照射を行って粘着樹脂40を硬化させる。粘着樹脂40の硬化後、粘着樹脂40上に接着剤を塗布してガラス基板42を粘着樹脂40に接着する。
粘着樹脂40及びガラス基板42の取り付けが完了すると、次に、基板10を薄板化する工程が行われる。この工程は、基板10の裏面10bを研磨又はエッチングすることにより行なわれる。図9(b)は、基板10を薄板化した状態を示す断面図である。この工程により、基板10の厚みは50μm程度に薄板化され、基板10の裏面10bから接続端子24の一部が20μm程度突出した状態となる。なお、この工程では、絶縁膜20及び下地膜22(詳細は図6参照)があるため接続端子24そのものは露出した状態にはなっていない。このため、次工程において、基板10の裏面から突出した状態にある絶縁膜20及び下地膜22を順にエッチングする工程が行われる。絶縁膜20は酸化膜ドライエッチングでエッチングし、下地膜22はメタルドライエッチング又はウェットエッチングによりエッチングする。図9(c)は、絶縁膜20及び下地膜22をエッチングした状態を示す断面図である。
基板10の薄板化が終了すると、基板10の裏面10bに位置合わせ用マークとしてのアライメントマーク(図示略)を形成する工程が行われる。このアライメントマークは基板10上に半導体チップを積層する際の基準となるマークであり、各ショット領域SA毎に形成される。
以上で半導体チップが積層される基板10を処理する工程が終了する。なお、このように基板10上に電子回路及び接続端子24が形成されたら、必要に応じて各ショット領域SAに形成された電子回路の動作検査を行なう。こうすることで、後述の半導体チップ60の実装工程において、正常なショット領域SAにのみ良品のチップを実装することが可能となる。
〔第2処理工程〕
次に、基板10に積層される半導体チップを製造する第2処理工程について説明する。
図10は、第1処理工程で処理を行った基板10上に積層する半導体チップを製造する製造工程を示す図である。半導体チップは、応力緩和層26、再配置配線32、及びアライメントマークを形成する以外は、上述した第1処理工程とほぼ同様の工程を行って製造される。このため、以下の説明では工程順を簡単に説明し、その詳細については説明を省略する。
図10(a)に示す基板50は、例えばSi(シリコン)基板であり、図10に示す基板10と同様に能動面50aには複数の区画領域(ショット領域)が設定されており、各々の区画領域内には、トランジスタ、メモリ素子、その他の電子素子並びに電気配線及び電極パッド等からなる電子回路が形成されている。一方、基板50の裏面50bにはこれらの電子回路は形成されていない。
この基板50に対して、第1処理工程と同様に、まず電極パッドを開口して基板50を穿孔して孔部H10を形成する工程が行われる。図10(b)は、基板50を穿孔して孔部H10を形成した状態を示す断面図である。尚、電極パッドの開口及び孔部H10の形成は、図3及び図4に示す工程と同様の工程で行われる。次に、孔部H10の底面及び内壁を含め基板50の能動面50a側に絶縁膜、並びにバリア層及びシード層からなる下地膜を順に形成する。図10(c)は、基板50の能動面50a側に絶縁膜及び下地膜を形成した状態を示す断面図である。尚、図10(c)においては、下地膜52のみを図示しており、絶縁膜につては図示を省略している。尚、絶縁膜及び下地層52の形成は、図5〜図6(a)に示した工程と同様の工程で行われる。
次に、基板50の能動面50a上にメッキレジストを塗布し、接続端子54を形成する部分のみが開口した状態にパターニングしてメッキレジストパターン56を形成する。図10(d)はメッキレジストパターンを形成した状態を示す断面図である。その後、Cu電解メッキを行って、図10(e)に示す通り基板50の孔部H10及びメッキレジストパターン56の開口部にCu(銅)を埋め込み、貫通電極となる接続端子54を形成する。図10(e)は、Cu電解メッキを行って接続端子54を形成した状態を示す断面図である。
接続端子54が形成されると、図10(f)に示す通り、基板50上に形成されているメッキレジストパターン56を剥離する。図10(f)は、接続端子54を形成した後にメッキレジストパターン56を剥離した状態を示す断面図である。次に、形成した接続端子54上に無鉛ハンダ(Sn/Ag)58(図10(f)参照)を形成する。この無鉛ハンダ58は、上述した第1処理工程で処理を行った基板10に半導体チップを積層する際に、半導体チップの貫通電極としての接続端子54と基板10の接続端子24とを接合するためのものである。
以上の工程が終了すると、基板50の能動面50a側に図9に示す粘着樹脂40及びガラス基板42と同様の支持部材を取り付け、図9に示す工程と同様の工程を行って基板50の薄板化を行う。薄板化の工程を終了すると、支持部材を取り外した後でレーザ又はブレードにより基板50を切断して、個々の半導体チップ60に分離する。以上の工程を経て半導体チップ60が製造される。
以上で基板10に積層させる半導体チップ60が製造される。次に、半導体チップ60を基板10上に積層する第3処理工程について説明する。
〔第3処理工程〕
第1処理工程を終えた基板10は、図9(d)に示す通り、基板10の能動面10a側に粘着樹脂40及びガラス基板42が取り付けられ、基板10の裏面10bにアライメントマークが形成された状態である。この基板10に対して第2処理工程で製造された半導体チップ60を積層するには、まず半導体チップ60の貫通電極としての接続端子54に形成された無鉛ハンダ58上に接合活性剤(フラックス)を塗布する。フラックスは、半導体チップ60を基板10上に積層したときに、半導体チップ60を保持することができる程度の粘度及び量が必要となる。
次に、前述のアライメントマークに基づいて各ショット領域SAに1つ又は複数の半導体チップ60が積層される。積層された半導体チップ60は、無鉛ハンダ58上に塗布されたフラックスの粘着力で保持される。
なお、前述の第1処理工程において各ショット領域SAの動作検査を行なった場合には、ここで良品とされたショット領域SAにのみ良品の半導体チップ60を積層してもよい。こうすることで、良品の半導体チップ60を無駄にせずに済む。この際、不良とされたショット領域SAは空き領域としてもよいが、後述の封止工程の信頼性を高める観点からは、このようなショット領域にダミーチップを実装することが好ましい。このように空き領域を設けない(即ち、全てのショット領域SAに少なくとも1つ以上のチップを搭載する)ことで、封止樹脂62の流動が均一化され、樹脂内に気泡が巻き込まれにくくなる。
半導体チップ60の積層が完了すると、基板10に形成された接続電極24と半導体チップ60に形成された接続電極54との接合、及び半導体チップ60に形成された接続電極54同士の接合が行われる。この接合工程においては、半導体チップ60が積層された基板60をリフロー装置に入れて、接続電極24及び接続電極54並びに接続電極54同士を無鉛ハンダ58により接合する。これにより、接続電極24と接続電極54とが電気的に接続される。図11は、基板10に形成された接続電極24と半導体チップ60に形成された接続電極54とが接合されて基板10上に半導体チップ60が積層された状態を示す断面図である。
以上の工程が終了すると、積層した半導体チップ60及び基板10をトランスファーモールドにより一括して封止する工程が行われる。図12(a)は、基板10及び半導体チップ60を封止した状態を示す図である。図12(a)に示す通り、封止は基板10に粘着樹脂40及びガラス基板42が取り付けられた状態で行われる。封止樹脂(封止材)62は基板10の裏面全体を覆い、且つ半導体チップ60の全てが封止されるように形成される。
基板10及び半導体チップ60の封止が完了したら、基板10から粘着樹脂40及びガラス基板42を取り外し、基板10をショット領域SA毎に切断して個々の半導体装置1(図14参照)に分離する。この切断工程は、封止樹脂62を支持材として基板10の能動面10a側から行なう。基板10の切断方法としては、例えばレーザを用いた切断方法又はダイシング等の切断方法を用いることができるが、この際、基板10と封止樹脂62を同じ切断部材(ブレード等)によってフルカットせずに、ぞれぞれの材質に応じて最適な切断方法を選択することが望ましい。
例えば本例では、まず図12(b)に示すように、基板10のショット領域SA間にブレードを入れて基板10のみダイシングする。この際、基板10の裏面10bに形成された封止樹脂62を支持材として用いることが好ましい。勿論、基板10を支持するための支持材を別途用意してもよいが、封止樹脂62を支持材代わりとすることで、支持材の取り付け工程等を省くことができる。
そして、図13(a)に示すように、再配置配線32の先端部に設けられたパッド34にバンプ36を形成し、各ショット領域SAに形成された半導体装置(個片化する前の個々の半導体装置)の電気的特性を一括して検査する。
次に、図13(b)に示すように、封止樹脂62を基板10を切断したのと異なるブレード若しくはレーザによって切断する。
このように切断方法を被切断材(基板10及び封止樹脂62等)の材質に応じて最適に選択することで、工程時間が短縮されるとともに、切断部材の消耗も少なくなる。なお、この工程によって個片化された半導体装置1は、前述の検査結果に基づいて良品,不良品の選別が行なわれ、良品とされたものだけがピックアップされる。
図14は、本発明の一実施形態により製造された半導体装置1を示す断面図である。
本例の半導体装置1は、図14に示すように、接続端子24が形成された第1半導体チップとしての基板10上に、貫通電極としての接続端子54が形成された第2半導体チップとしての半導体チップ60が複数積層された構造を有する。基板10と半導体チップ60、及び半導体チップ60同士は、接続端子24若しくは貫通電極54を介して積層され、互いに電気的に接続されている。また基板10には能動面10a側に応力緩和層26、再配置配線32及びバンプ36が形成されている。尚、図14において、符号64は、パッド34に対するバンプ36の固着強度を高めるための根本補強樹脂である。
以上説明したように、本発明の半導体装置の製造方法は、基板10を切断せずに、いわゆるウェハの状態の基板10上に半導体チップ60を積層し、積層した半導体チップ60を一括して封止した後、これを切断して個々の半導体装置に分離しているため、インターポーザ上に半導体チップを積層していく場合に比べて、製造工程が簡略化される。
また、本方法では、最終的に基板10の能動面10aが実装面となるため、予め再配置配線32等を接続端子24等と同時に能動面側に形成しておくことで、工程が更に簡単になる。また本方法では、再配置配線32等が基板10の能動面側に形成されるので、これを基板の裏面(研磨面)に形成する従来の場合に比べて形成は容易となる。
また本方法では、基板10の切断を能動面10a側から行なっているため、例えば基板の裏面側から切断を行なう場合に比べてチッピングが生じにくくなる。つまり、基板の裏面側からダイシング等を行なう場合、基板の能動面側がダイシングテープ等によって固定されるが、このようなダイシングテープは薄型化が求められる結果、被接着材である基板を十分に保持できない(即ち、被接着剤とテープとの間がぐらつく)ことがあり、切断時にこのようなぐらつきが生じると、ブレードの先端部が基板からテープ側に突き抜ける際に、基板の一部が欠けてしまうことがある(チッピング)。これに対して本方法では、基板10は半導体チップ60を封止する厚膜の封止樹脂62によって確実に保持されるため、ブレードの先端部が基板10から封止樹脂62側に抜ける際に両者の間がぐらつくことはない。
また、本方法では、各半導体装置の電気特性検査を基板10の切断工程前に(即ち、ウェハ状態で)一括して行なっているため、これを個々の半導体装置に分割した状態で行なう場合に比べて検査が容易となる。
また、本方法では、基板の切断工程において、基板本体10とその上に形成された封止樹脂62の切断方法をその材質等に応じて最適に選択しているため、工程時間を更に短縮できるとともに、切断部材の消耗も少なくすることができる。
次に、本発明の半導体装置1を備えた回路基板及び電子機器について説明する。
図15は本発明の回路基板の一例を示す斜視図である。図15に示すように、この回路基板2には、前述の再配置配線を備えたICチップを3次元実装してなる半導体装置1が搭載されている。回路基板2は、例えばガラスエポキシ基板等の有機系基板からなるもので、例えば銅等からなる配線パターン(図示せず)が所望の回路となるように形成され、さらにこれら配線パターンにパッド(図示せず)が接続されている。そして、このパッドに半導体装置1のハンダボールが電気的に接続されることにより、半導体装置1は回路基板2上に実装されたものとなっている。
図16は本発明の電子機器の一実施形態としての、携帯電話の概略構成を示す斜視図である。図16に示すようにこの携帯電話3は、前記の半導体装置1又は前記回路基板2を、その筐体内部に備えている。
なお、電子機器としては、前記の携帯電話に限られることなく、種々の電子機器に適用することができる。例えば、ノート型コンピュータ、液晶プロジェクタ、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ(PC)及びエンジニアリング・ワークステーション(EWS)、ページャ、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、POS端末、タッチパネルを備えた装置等の電子機器に適用することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
本発明の半導体装置の製造方法において用いられる基板の平面図。 同、半導体装置の製造方法の一例を示す工程図。 同、半導体装置の製造方法において、接続端子の形成工程を説明するための工程図。 図3に続く工程図。 図4に続く工程図。 図5に続く工程図。 図2に続く工程図。 再配置配線が形成された基板の平面構造を示す模式図。 図7に続く工程図。 基板上に積層する半導体チップを製造するための工程図。 基板の裏面側に、複数の半導体チップが接続端子又は貫通電極を介して積層された状態を示す図。 基板の封止工程及び切断工程を示す工程図。 図12に続く工程図。 同、半導体装置の製造方法により製造された3次元実装型の半導体装置の概略構成を示す断面図。 本発明の回路基板の一例を示す斜視図。 本発明の電子機器の一例を示す斜視図。
符号の説明
1・・・半導体装置、2・・・回路基板、3・・・電子機器、10・・・基板、10a・・・能動面、10b・・・裏面、24・・・接続端子、60・・・半導体チップ、62・・・封止樹脂(封止材)、SA・・・ショット領域(電子回路の形成領域)

Claims (10)

  1. 複数の電子回路が形成された能動面を有する基板の当該能動面側に、上記電子回路の外部電極となる接続端子を埋め込み形成する工程と、
    上記基板の裏面を研磨して上記接続端子の一部を露出させる工程と、
    上記基板の裏面側に上記接続端子を介して半導体チップを実装する工程と、
    上記基板上に実装された上記半導体チップを封止材によって封止する工程と、
    上記基板を各電子回路の形成領域毎に切断し、複数の半導体装置に個片化する工程とを備えたことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
  2. 上記基板の切断工程では、該切断を上記基板の能動面側から行なうことを特徴とする、請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 上記基板の切断工程では、上記封止材を支持材として上記基板をダイシングすることを特徴とする、請求項2記載の半導体装置の製造方法。
  4. 上記基板の切断工程の前に、各半導体装置を一括して検査する工程を備えたことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかの項に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 上記半導体チップの実装工程の前に、上記能動面に形成された各電子回路を検査する工程を備え、上記半導体チップの実装工程では、上記電子回路の検査工程において良品とされた電子回路に対してのみ上記半導体チップを実装することを特徴とする、請求項1〜4のいずれかの項に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 上記半導体チップの実装工程では、上記電子回路の検査工程において良品とされなかった電子回路に対してダミーチップを実装することを特徴とする、請求項5記載の半導体装置の製造方法。
  7. 上記基板の裏面側に実装する半導体チップが貫通電極を有し、上記半導体チップの実装工程では、複数の半導体チップがその貫通電極を介して積層されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかの項に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 請求項1〜7のいずれかの項に記載の方法により製造されたことを特徴とする、半導体装置。
  9. 請求項8記載の半導体装置を備えたことを特徴とする、回路基板。
  10. 請求項8記載の半導体装置を備えたことを特徴とする、電子機器。

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