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JP3929966B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Shinko Electric Industries Co Ltd
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Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、複数のデバイスが作り込まれたウエハレベルパッケージにおいてウエハの薄型化を図るための裏面研削処理を含む半導体装置及びその製造方法に関する。
なお、以下の記述において「半導体装置」とは、特に定義していない限り、ウエハから切断分割された後の個々の半導体チップ（デバイス）を指すのはもちろんのこと、ウエハに作り込まれていて未だ切断分割される前の状態にある個々の半導体素子（デバイス）をも指すものとする。
近年、電子機器や装置の小型化の要求に伴い、それに用いられる半導体装置の小型化及び高密度化が図られている。このため、半導体装置の形状を個々の半導体素子（半導体チップ）の形状に極力近づけることで小型化を図ったチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）構造の半導体装置が開発され、製造されている。
典型的なＣＳＰ構造の半導体装置では、半導体ウエハのデバイスが作り込まれている側の表面に保護膜としてのパッシベーション膜（絶縁膜）が形成され、この絶縁膜上に、該絶縁膜の所要の箇所に形成されたビアホールを介して各デバイスの配線層（電極パッド）をパッケージ外部に連絡するための再配線層（再配線パターン）が形成されており、更にこの再配線層の端子形成部分にメタルポストが設けられ、このメタルポストが形成されている側の面全体が（但し、メタルポストの頂上部は露出するように）封止樹脂によって封止されており、更にメタルポストの頂上部に外部接続端子としての金属バンプが接合されている。
かかるＣＳＰ構造の半導体装置の用途とされるフラッシュメモリやＤＲＡＭ等の各種デバイスについては、今後の動向として、個々の半導体チップに分割される前の段階にあるウエハレベルパッケージに対する薄型化の要求が一層高まりつつある。そして、この薄型化を図るためにウエハの裏面を研削する処理が一般に行われている。
従来のウエハレベルパッケージの製造工程においては、ウエハの裏面を研削する処理は最初の段階で行われていた。すなわち、半導体ウエハに複数のデバイスを作り込んだ後の段階（ウエハ表面にパッシベーション膜（絶縁膜）を形成する前の段階）で、一般的な手法であるウエハ裏面研削装置を用いた裏面研削（バックグラインディング（ＢＧ））処理によりウエハを薄くしてから、その後の工程を流動させていた。
上記のようにウエハの薄型化を図るためのＢＧ処理に関連する技術としては、例えば、樹脂封止後にウエハ裏面の研削を行うようにしたものがある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開２００２−２７０７２０号公報 特開２００２−２３１８５４号公報
上述したように従来のウエハレベルパッケージの製造工程では、最初の段階でウエハ裏面研削処理を行っており、その後の全工程をウエハが薄い状態（薄ウエハ状態）で流動させる必要があったため、製造工程の途中でいわゆる「ウエハ割れ」という致命的な欠陥が発生する可能性が高かった。
また、ウエハを薄型化すると、製造工程の途中でウエハ全体が反ってしまうといった問題もあった。例えば、モールド樹脂の封止及び熱硬化（キュア）を行ったときに、そのモールド樹脂の熱収縮の影響を受けて極薄のウエハが樹脂層側に引っ張られ、ウエハ全体が反ってしまう。このため、樹脂封止工程以降のプロセス（はんだボール搭載、リフロー、ダイシング等）は、ウエハが反った状態で流動させなければならない。このように従来の技術では、ウエハレベルパッケージの薄型化を図る上でウエハ全体が反ってしまうといった不都合があった。
かかる不都合に対処するための方法として、例えば、ウエハ裏面に反り矯正用のフィルム層（例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はポリイミド樹脂等からなるビルドアップ用層間絶縁樹脂フィルム）を真空ラミネート法により形成することが考えられる。この場合、エポキシ系、シリコーン系又はポリイミド系のフィルム層は、形成した後（熱硬化処理を行った後）に剥離することは実質上不可能なため、そのまま永久膜として残す必要性がある。このため、この永久膜（反り矯正用のフィルム層）の付いたウエハに対して、ウエハとの密着信頼性試験など各種信頼性試験を行う必要がある。
しかしこの場合、最終的にウエハをダイシングして個々の半導体チップ（デバイス）に分割したときに、ダイシング時の機械的衝撃により個々のチップにチッピングやクラック等が生じ、このチッピング等に起因して当該永久膜（フィルム層）とデバイス界面（チップ裏面）との間で剥離が生じるといった問題がある。つまり、各種信頼性試験を行った後に当該フィルム層とチップ裏面との間で剥離が発生するため、一度行った当該信頼性試験が無駄になる。
また、ウエハの反り矯正用として上記のようなフィルム状エポキシ樹脂材を形成する方法では、その工程数が比較的多いといった不利がある。すなわち、かかるフィルム状エポキシ樹脂材は、典型的にはポリエステル系の樹脂からなる基材（ＰＥＴフィルム）にエポキシ樹脂が塗布された２層構造からなり、これをウエハ裏面に形成するにあたり、フィルム状エポキシ樹脂材をウエハ裏面にラミネートする工程、当該エポキシ樹脂材の外周の不要部分を除去する工程、エポキシ樹脂を保護している基材（ＰＥＴフィルム）を剥離する工程、エポキシ樹脂を熱硬化（キュア）する工程の４つの工程を必要とする。
また、ウエハ裏面に形成されたフィルム層（エポキシ樹脂等の絶縁樹脂層）は、ダイシング後（各チップに分割された後）もそのまま永久膜として残存するため、各チップ（パッケージ）の裏面はその絶縁樹脂層で被覆されることになり、パッケージ全体の放熱性に影響を及ぼすことが懸念される。
本発明は、上述した従来技術における課題に鑑み創作されたもので、ウエハレベルパッケージの薄型化を実現するにあたり、ウエハ割れを防止し、かつウエハの反りを矯正すると共に、一度行った各種信頼性試験が無駄になるのを防止し、さらに製造工程の簡略化と放熱性の向上に寄与することができる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記の従来技術の課題を解決するため、本発明の一形態によれば、シリコンからなる半導体ウエハの複数のデバイスが作り込まれている側の表面に、各デバイスの電極パッドが露出する開口部を有するように絶縁膜を形成する工程と、次いで、該絶縁膜上に、前記電極パッドが露出する開口部を覆うように所要の形状にパターニングされた導体層を形成する工程と、次いで、該導体層上に、該導体層の端子形成部分が露出する開口部を有するようにレジスト層を形成する工程と、次いで、該レジスト層をマスクにして前記導体層の端子形成部分にメタルポストを形成する工程と、次いで、前記半導体ウエハの前記メタルポストが形成されている側と反対側の面を研削して、所定の厚さになるまで薄化する工程と、次いで、前記レジスト層を除去した後、前記半導体ウエハの薄化された面に、直接、当該半導体ウエハの線膨張係数に近い線膨張係数を有するモリブデンからなるメタル層を形成する工程と、次いで、前記メタルポストの頂上部を露出させて封止樹脂でウエハ表面を封止する工程と、次いで、前記メタルポストの頂上部に金属バンプを接合する工程と、次いで、該金属バンプが接合された半導体ウエハを前記各デバイス単位に分割する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
この形態に係る半導体装置の製造方法によれば、メタルポストを形成する工程までは半導体ウエハが比較的厚い状態（厚ウエハ状態）で処理を行うことができ、また、メタルポストが形成されている側と反対側の面（ウエハ裏面）を研削して薄化した後も、その直後にウエハ裏面に形成されたメタル層の存在により、厚ウエハ状態で工程を流動させることができる。つまり、このメタル層は半導体ウエハを補強する役割を果たし、ほぼ全工程を厚ウエハ状態で流動させることができるので、ウエハレベルパッケージの薄型化を実現するにあたり、ウエハ割れの発生を防止することができる。
また、シリコンからなる半導体ウエハの裏面に形成されたメタル層は、当該半導体ウエハの線膨張係数に近い線膨張係数を有するモリブデンからなっているので、その後の段階で熱処理を伴う樹脂封止を行ったときに半導体ウエハの反りを矯正する役割も果たす。つまり、樹脂封止の工程以降、このメタル（モリブデン）層は半導体（シリコン）ウエハを平坦に保持する機能を有している。
このメタル層は、従来と同様に最終的には永久膜として残存することになるが、このメタル層の線膨張係数と半導体ウエハの線膨張係数の差は比較的小さいため、最終的にウエハをダイシングして各チップ（デバイス）単位に分割する際に、ダイシング時の機械的衝撃に対してチッピングやクラック等が発生し難くなる。その結果、永久膜（メタル層）とデバイス界面（チップ裏面）との間で剥離が生じることも殆ど皆無となり、従来のように剥離の発生により、ダイシング前に行った各種信頼性試験（ウエハとの密着信頼性試験など）が無駄になるといった不都合も生じない。
また、メタル層を１回の工程で形成しているので、従来のようにエポキシ樹脂等の絶縁樹脂層を比較的多い工程数（エポキシ樹脂材のラミネート→外周の不要部分の除去→保護用基材の剥離→熱硬化の４つの工程）をもって形成する場合と比べると、製造工程の簡略化を図ることができる。
さらに、各デバイス（パッケージ）の裏面はメタル層が露出した構造となるため、従来のようにパッケージの裏面がエポキシ樹脂等の絶縁樹脂層で被覆された構造と比べると、放熱効果が期待できる。つまり、このメタル層はヒートスプレッダとして機能し得る。
また、本発明の他の形態によれば、上記の形態に係る半導体装置の製造方法により製造された半導体装置が提供される。
この形態に係る半導体装置の構成によれば、半導体ウエハの他方の面（ウエハ裏面）はメタル層が露出した構造となっているので、放熱効果という点で有利である。
図１は本発明の一実施形態に係るＣＳＰ構造の半導体装置の断面構造を模式的に示したものである。
図１において、１０は本実施形態に係る半導体装置（ＣＳＰ）、１１はデバイスが作り込まれたシリコン（Ｓｉ）基板を示し、このシリコン基板１１は、後述する半導体（シリコン）ウエハを切断（分割）した一部分である。また、１２はデバイス上に形成された配線パターンの一部分の領域によって画定される電極パッド、１３はシリコン基板１１の表面（図示の例では上側の面）に形成された保護膜としてのパッシベーション膜、１４はパッシベーション膜１３上に形成された絶縁膜（ポリイミド樹脂層）、１５は電極パッド１２が露出する開口部を覆うように絶縁膜１４上に所要の形状にパターニング形成された金属薄膜（給電層／めっきベース膜）、１６は金属薄膜１５上に形成された再配線層、１７は再配線層１６の端子形成部分に形成されたメタルポスト、１８はメタルポスト１７の頂上部に形成されたバリヤメタル層、１９はシリコン基板１１の裏面（図示の例では下側の面）に形成されたメタル層、２０はシリコン基板１１のメタルポスト１７が形成されている側の面全体を覆うように（但し、メタルポスト１７（バリヤメタル層１８）の頂上部を露出させて）形成された封止樹脂層、２１は露出したメタルポスト１７（バリヤメタル層１８）の頂上部に接合された外部接続端子としての金属バンプ（本実施形態では、はんだバンプ）を示す。
シリコン基板１１の裏面に形成されたメタル層１９は、後述するようにウエハ割れを防止するための補強用としての機能に加え、封止樹脂の熱硬化等の熱処理を行ったときにウエハの反りが発生しないようにする矯正する機能（反り矯正機能）も有している。このメタル層１９を含めて各部材の材料や厚さなどについては、ここでは省略し、後述する製造方法の中で適宜説明する。
以下、本実施形態に係るＣＳＰ構造の半導体装置１０について、その製造工程を順に示す図２〜図５を参照しながら説明する。なお、各図（図５（ｄ）を除く）に示す断面構造は、図１に示した断面構造の一部分（左側の一部分）を拡大して示したものである。
先ず最初の工程では（図２（ａ）参照）、周知の方法により、複数のデバイスが作り込まれたウエハ３０を作製する。すなわち、所定の厚さ（例えば、直径が８インチのウエハの場合には７２５μｍ程度の厚さ）を有するウエハに対し所要のデバイスプロセスを行った後、ウエハの一方の面（図示の例では上側の面）に窒化シリコン（ＳｉＮ）やリンガラス（ＰＳＧ）等からなる保護膜としてのパッシベーション膜１３を形成し、各デバイス上に所要のパターンで形成されたアルミニウム（Ａｌ）の配線層の一部分の領域によって画定される電極パッド１２に対応する部分のパッシベーション膜１３を除去する（つまり、パッシベーション膜１３の当該部分を開口する）。パッシベーション膜１３の開口は、例えば、ＹＡＧレーザやエキシマレーザ等のレーザ加工によって行われる。これによって、図示のように表面がパッシベーション膜１３で覆われ、かつ電極パッド１２が露出したウエハ３０が作製される。
次の工程では（図２（ｂ）参照）、ウエハ３０のパッシベーション膜１３上に絶縁膜１４を形成する。例えば、フォトリソグラフィにより、ウエハ３０の表面に感光性のポリイミド樹脂を塗布し、ポリイミド樹脂のソフトベーク（プリベーク）処理を行った後、マスク（図示せず）を用いて露光及び現像（ポリイミド樹脂層のパターニング）を行い、更にハードベーク（ポストベーク）処理を行い、図示のように所定の箇所に開口部ＶＨを有する絶縁膜（ポリイミド樹脂層）１４を形成する。この際、ポリイミド樹脂層のパターニングは、電極パッド１２の形状に従うように行う。従って、露光及び現像を行うと、図示のように電極パッド１２に対応する部分のポリイミド樹脂層１４が除去されて、電極パッド１２に到達するビアホール（開口部ＶＨ）が形成される。
次の工程では（図２（ｃ）参照）、絶縁膜（ポリイミド樹脂層）１４が形成されている側の全面に、スパッタリングにより金属薄膜１５を形成する。この金属薄膜１５は、密着金属層を構成するクロム（Ｃｒ）層又はチタン（Ｔｉ）層と、この密着金属層の上に積層される銅（Ｃｕ）層の２層構造を有している。金属薄膜１５は、全面にＣｒ又はＴｉをスパッタリングにより堆積させ（密着金属層：Ｃｒ層又はＴｉ層）、更にその上にＣｕをスパッタリングにより堆積させることにより（Ｃｕ層）、形成され得る。このようにして形成された金属薄膜１５は、後の再配線形成工程、メタルポスト形成工程で必要な電解めっき処理の際にそのめっきベース膜（給電層）として機能する。
次の工程では（図２（ｄ）参照）、金属薄膜１５の表面（Ｃｕ層表面）の脱水ベークを行い、液状のフォトレジストを塗布して乾燥させた後、マスク（図示せず）を用いて露光及び現像（フォトレジストのパターニング）を行い、レジスト層Ｒ１を形成する。このフォトレジストのパターニングは、次の工程で形成される再配線パターンの形状に従うように行う。
次の工程では（図３（ａ）参照）、金属薄膜１５を給電層としてその表面に電解Ｃｕめっきを施し、パターニングされたレジスト層Ｒ１をマスクにしてＣｕの再配線層（再配線パターン）１６を形成する。
次の工程では（図３（ｂ）参照）、例えば、有機溶剤を含む剥離液を用いてフォトレジスト（レジスト層Ｒ１）を剥離し、除去する。
次の工程では（図３（ｃ）参照）、金属薄膜１５の表面（Ｃｕ層表面）及び再配線層１６の表面を清浄にした後、感光性のドライフィルム（厚さ１００μｍ程度）を貼り付け、さらにマスク（図示せず）を用いて露光及び現像（ドライフィルムのパターニング）を行い、レジスト層Ｒ２を形成する。このドライフィルムのパターニングは、次の工程で形成されるメタルポストの形状に従うように行う。
次の工程では（図４（ａ）参照）、同様に金属薄膜１５を給電層として再配線層１６の表面に電解Ｃｕめっきを施し、パターニングされたレジスト層Ｒ２をマスクにして再配線層１６の端子形成部分にＣｕのポスト（メタルポスト）１７を形成する。このＣｕポスト１７は、ドライフィルム（レジスト層Ｒ２）の厚さと同じ１００μｍ程度の高さを有している。
更にＣｕポスト１７の頂上部に、電解めっきによりバリヤメタル層１８を形成する。このバリヤメタル層１８は、例えば、Ｃｕポスト１７を給電層としてその表面に密着性向上のためのニッケル（Ｎｉ）めっきを施し、更にこのＮｉ層上に導電性向上のためのパラジウム（Ｐｄ）めっきを施した後、このＰｄ層上に金（Ａｕ）めっきを施すことにより形成され得る（Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ）。この場合、Ｐｄ層を設けずにＮｉ層上に直接Ａｕ層を形成してもよい（Ｎｉ／Ａｕ）。この時点で、再配線パターンが形成されている側の面（図示の例では上側の面）は、Ｃｕポスト１７（バリヤメタル層１８）の表面とドライフィルム（レジスト層Ｒ２）の表面によってほぼ平坦な状態となっている。
次の工程では（図４（ｂ）参照）、周知の研削装置を用いてウエハ裏面（図示の例では下側の面）を研削し、ウエハ３０の厚さを所定の厚さ（例えば、２５０μｍ〜３００μｍ程度）に薄くする。この際、前の工程で作製された構造体のパターン面（上側の面）はほぼ平坦であるので、研削に先立って当該構造体を保持する際にそのパターン面側をチャックするのが容易となる。よって、このようにチャックした状態でウエハ３０の裏面を、図中矢印で示すように所定の厚さになるまで研削することができる。
次の工程では（図４（ｃ）参照）、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）やモノエタノールアミン系などのアルカリ性の薬液を用いてドライフィルム（レジスト層Ｒ２）を剥離し、除去する。
次の工程では（図４（ｄ）参照）、ウエットエッチングにより、露出しているめっきベース膜（金属薄膜１５）を除去する。すなわち、Ｃｕを溶かすエッチング液で金属薄膜１５の上層部分のＣｕ層を除去し、次にＣｒ又はＴｉを溶かすエッチング液で下層部分の密着金属層（Ｃｒ層又はＴｉ層）を除去する。これによって、図示のように絶縁膜（ポリイミド樹脂層）１４が露出する。この後、所定の表面洗浄等を行う。
なお、Ｃｕを溶かすエッチング液を用いた時、再配線層１６を構成するＣｕも除去されて再配線パターンが断線するように見えるが、実際にはかかる不都合は生じない。その理由は、上述したように金属薄膜１５の上層部分はＣｕのスパッタリングにより形成されるためその膜厚はミクロンオーダー以下（０．５μｍ程度）であるのに対し、再配線層１６は電解Ｃｕめっきにより形成されるためその膜厚は少なくとも１０μｍ程度であるので、金属薄膜１５のＣｕは完全に除去されても、再配線層１６（Ｃｕ）についてはその表層部分のみが除去される程度であり、再配線パターンが断線することはないからである。
次の工程では（図５（ａ）参照）、ウエハ割れとウエハの反りに対処するために、ウエハ３０の裏面に応力の高いメタル層１９を形成する。このメタル層１９は、スパッタリング法又は蒸着法を用いて形成することができる。
このメタル層１９に要求される条件は、ウエハ３０の線膨張係数に比較的近い線膨張係数を有していること、高い弾性率を有していること、高い熱伝導率を有していることである。例えば、図６に示す各種金属の物性一覧表を参照すると、ウエハ３０の材料であるシリコン（Ｓｉ）の線膨張係数：α≒２．６〔Ｋ-1〕に対し、この値に比較的近い線膨張係数を有している金属、例えば、α≒４．５〔Ｋ-1〕のタングステン（Ｗ）、α＝３．７〜５．３〔Ｋ-1〕のモリブデン（Ｍｏ）などが好適に用いられる。タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）の場合、代表的な他の金属と比べて線膨張係数が非常に低いため、ウエハ（Ｓｉ）裏面との密着性が良好であると期待される。また、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）の場合、代表的な他の金属と比べて１桁上の高い弾性率（Ｅ）を有しており、また、銅（Ｃｕ）や金（Ａｕ）には及ばないものの、アルミニウム（Ａｌ）並みの比較的高い熱伝導率を有している。
次の工程では（図５（ｂ）参照）、ウエハ３０のＣｕポスト１７が形成されている側の面全体を覆うように（但し、Ｃｕポスト１７（バリヤメタル層１８）の頂上部を露出させて）封止樹脂で封止する（封止樹脂層２０の形成）。これは、例えば以下のようにして行うことができる。
先ず、上型と下型に分かれた封止金型を用意し、これを所定温度（１７５℃程度）に加熱する。次に、上型に樹脂フィルムを吸着させ、下型の凹部内にウエハ３０を装着し、更にこの上に封止樹脂として密着力の高いタブレット状の熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂）を載せる。そして、封止金型の熱とプレスによる圧力で熱硬化性樹脂を溶融してウエハ全面に広げ（３分程度）、金型内で保持しながら熱硬化性樹脂を硬化させる処理（キュア）を行う（４時間程度）。この後、金型からウエハ３０を取り外す。この時、ウエハ３０は樹脂フィルムと一体になっているので、この樹脂フィルムをウエハ３０から引き剥がす。これによって、図示のように表面が封止樹脂層２０で覆われ、かつ、Ｃｕポスト１７（バリヤメタル層１８）の頂上部が露出したウエハ３０が作製される。
次の工程では（図５（ｃ）参照）、露出したＣｕポスト１７（バリヤメタル層１８）の頂上部に、表面処理剤としてのフラックスを塗布した後、外部接続端子として用いられるはんだボールを搭載し、２４０℃〜２６０℃程度の温度でリフローして固定する（はんだバンプ２１の接合）。その後、表面を洗浄してフラックスを除去する。
最後の工程では（図５（ｄ）参照）、前の工程ではんだバンプ２１が接合されたウエハ３０（絶縁膜１４、メタル層１９、封止樹脂層２０を含む）を、ダイサー等（図示の例ではダイサーのブレードＢＬ）により切断して個々のチップ（デバイス）に分割する。特に図示はしないが、はんだバンプ２１が接合されたウエハ３０を、ダイシング用フレームに支持されたダイシング用テープ上に、ウエハ３０のメタル層１９が形成されている側の面を接着させて搭載し、ダイサーのブレードＢＬにより、各デバイスの領域を画定する線に沿ってウエハ３０を切断した後、切断分割された各チップ（デバイス）をピックアップする。これによって、本実施形態に係るＣＳＰ構造の半導体装置１０（図１）が作製されたことになる。
以上説明したように、本実施形態に係るＣＳＰ構造の半導体装置１０（図１）及びその製造方法（図２〜図５）によれば、Ｃｕポスト１７及びバリヤメタル層１８を形成する工程（図４（ａ））まではウエハ３０が厚い状態（この場合、７２５μｍ程度の厚ウエハ状態）で処理を行うことができ、また、ウエハ３０の裏面研削を行い薄化した後（レジスト層Ｒ２を剥離し、露出している金属薄膜１５を除去した後）も、その直後にウエハ裏面に形成されたメタル層１９の存在により（図５（ａ））、厚ウエハ状態で工程を流動させることができる。つまり、このメタル層１９はウエハ３０を補強する役割を果たし、ほぼ全工程を厚ウエハ状態で流動させることができるので、ウエハレベルパッケージの薄型化を実現するにあたり、従来技術に見られたような「ウエハ割れ」の発生を防止することができる。
また、ウエハ３０の裏面に形成されたメタル層１９は、当該ウエハ３０の線膨張係数に比較的近い線膨張係数を有する金属（例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）など）からなっているので、その後の工程（図５（ｂ））でモールド樹脂の封止及び熱硬化（キュア）を行ったときに、そのモールド樹脂の熱収縮の影響を受けて当該ウエハ３０が樹脂層２０側に引っ張られるのを抑制するよう機能する。つまり、このメタル層１９はウエハ３０の反りを矯正し、樹脂封止の工程以降、ウエハ３０を平坦に保持する役割を果たす。
これに関連して、従来の技術においてこのメタル層１９（反り矯正層）に対応するものは、エポキシ樹脂等の樹脂を熱硬化させて形成された樹脂フィルム層であり、この樹脂フィルム層（反り矯正層）はウエハ（シリコン）との線膨張係数の差が比較的大きいため、ダイシング時の機械的衝撃によりチッピング等が発生し易く、これによって当該樹脂フィルム層とデバイス界面（チップ裏面）との間で剥離が生じるといった問題があった。
これに対し本実施形態では、ウエハ裏面に形成するメタル層１９は、従来と同様に永久膜として残存することになるが、このメタル層１９（反り矯正層）とウエハ３０（シリコン）の線膨張係数の差は比較的小さいため（図６参照）、ダイシング時の機械的衝撃に対してチッピング等が発生し難くなり、その結果、メタル層１９とデバイス界面（チップ裏面）との間で剥離が生じることも殆ど皆無となる。よって、従来のように剥離の発生により、ダイシング前に行った各種信頼性試験（ウエハとの密着信頼性試験など）が無駄になるといった不都合も生じない。
また、スパッタリング法又は蒸着法による１回の工程でメタル層１９を形成しているので、従来のようにエポキシ樹脂等の絶縁樹脂層を比較的多い工程数（エポキシ樹脂材のラミネート→外周の不要部分の除去→保護用基材の剥離→熱硬化の４つの工程）をもって形成する場合と比べると、製造工程を簡略化することができる。
さらに、各デバイス（図１に示すＣＳＰ構造の半導体装置１０）の裏面はメタル層１９が露出した構造となるため、従来のようにパッケージの裏面がエポキシ樹脂等の絶縁樹脂層で被覆された構造と比べると、放熱効果という点で有利である。つまり、このメタル層１９はヒートスプレッダとして機能することができる。
上述した実施形態では、Ｃｕポスト１７及びバリヤメタル層１８を形成した直後にウエハ３０の裏面研削を行うようにしているが（図４（ｂ）参照）、ウエハ裏面研削を行うタイミングはこの時点に限定されないことはもちろんである。要は、ウエハ裏面研削を行う直前にウエハ表面がほぼ平坦な状態となっている段階であって、ウエハレベルパッケージの製造工程において出来るだけ後の段階であれば十分であり、例えば、再配線層１６を形成した直後の段階（図３（ａ）参照）でウエハ裏面研削を行うようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、図２（ａ）の工程においてウエハの一方の面に保護膜としてのパッシベーション膜１３を設けているが、場合によってはこのパッシベーション膜１３を設けずに、その後の工程（図２（ｂ）の工程）で形成される絶縁膜（ポリイミド樹脂層）１４にパッシベーション膜の機能を兼用させてもよい。あるいはその逆に、絶縁膜１４を設けずに、パッシベーション膜１３のみでもよい。さらに、図２（ｂ）の工程においてウエハ３０の表面に形成する絶縁膜１４として感光性のポリイミド樹脂を用いているが、かかる絶縁膜の材料は感光性樹脂に限定されないことはもちろんであり、例えば非感光性のポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等の樹脂を使用してもよい。
本発明の一実施形態に係るＣＳＰ構造の半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。 図１の半導体装置の製造工程（その１）を示す断面図である。 図２の製造工程に続く製造工程（その２）を示す断面図である。 図３の製造工程に続く製造工程（その３）を示す断面図である。 図４の製造工程に続く製造工程（その４）を示す断面図（一部は斜視図）である。 図１の半導体装置におけるメタル層を構成する各種金属の物性を他の金属のものと対比させて示した図である。
符号の説明
１０…半導体装置（ＣＳＰ／チップ、デバイス）、
１１…半導体基板（シリコン基板）、
１２…電極パッド（各デバイスの配線層の一部分）、
１３…パッシベーション膜（ＳｉＮ層又はＰＳＧ層）、
１４…絶縁膜（ポリイミド樹脂層）、
１５…金属薄膜（給電層／めっきベース膜）、
１６…導体層（再配線層／再配線パターン）、
１７…メタルポスト（Ｃｕポスト）、
１８…バリヤメタル層、
１９…メタル層（Ｗ層、Ｍｏ層など）、
２０…封止樹脂層、
２１…外部接続端子（はんだバンプ）、
３０…半導体ウエハ（シリコンウエハ）、
ＢＬ…ダイサーのブレード、
Ｒ１，Ｒ２…レジスト層（めっきレジスト）、
ＶＨ…開口部（ビアホール）。

Claims (4)

  1. シリコンからなる半導体ウエハの複数のデバイスが作り込まれている側の表面に、各デバイスの電極パッドが露出する開口部を有するように絶縁膜を形成する工程と、
    次いで、該絶縁膜上に、前記電極パッドが露出する開口部を覆うように所要の形状にパターニングされた導体層を形成する工程と、
    次いで、該導体層上に、該導体層の端子形成部分が露出する開口部を有するようにレジスト層を形成する工程と、
    次いで、該レジスト層をマスクにして前記導体層の端子形成部分にメタルポストを形成する工程と、
    次いで、前記半導体ウエハの前記メタルポストが形成されている側と反対側の面を研削して、所定の厚さになるまで薄化する工程と、
    次いで、前記レジスト層を除去した後、前記半導体ウエハの薄化された面に、直接、当該半導体ウエハの線膨張係数に近い線膨張係数を有するモリブデンからなるメタル層を形成する工程と、
    次いで、前記メタルポストの頂上部を露出させて封止樹脂でウエハ表面を封止する工程と、
    次いで、前記メタルポストの頂上部に金属バンプを接合する工程と、
    次いで、該金属バンプが接合された半導体ウエハを前記各デバイス単位に分割する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記メタル層をスパッタリング又は蒸着により形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記メタルポストを形成する工程において、該メタルポストを形成した後、更に該メタルポストの頂上部にバリヤメタル層を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 請求項１に記載された半導体装置の製造方法により製造された半導体装置。
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