JP2004063808A - Package structure of semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置のパッケージ構造及びその製造方法に関し、特にウエハレベルCSPと称される半導体装置のパッケージ構造及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置のパッケージプロセスとして複数の半導体装置をウエハレベルで一括してパッケージするウエハレベルチップサイズパッケージ(WLCSP)技術が提案されている。このようなウエハレベルで形成可能なパッケージとして、例えば、特許第3137322号(特開平10−079362)に提案されているものを図4に示す。
【0003】
図4において、シリコンからなる半導体基板の表面に半導体素子(図示せず)とそれに電気的に接続された電極パッド102が形成されて半導体チップ101を構成している。その電極パッド102には、半導体チップ101上に形成された絶縁層103を介して、例えば、アルミニウム(Al)からなる配線104が形成されており、その一方の端部には、電極パッド102に接続され、他方の端部には、例えば、ポリイミド等の弾性を有する樹脂に、例えば、Alのようなある程度の弾性を有すると共に電気的抵抗の小さい金属を被覆した略円筒状の層間接続体105が形成されている。また、この層間接続体105は、半導体チップ101上に複数個配設されており、互いの層間接続体105の間は、絶縁性を有する保護層106が設けられている。そして、層間接続体105の上面(図4の上方向)に、例えば、半田ボールからなるバンプ107を形成して外部(例えば、回路基板)との接続端子を設けている。
【0004】
そして、このものは以下のように製造される。
【0005】
まず、半導体素子を有する半導体チップ101の表面に形成した保護膜(図示せず)上に絶縁層103を形成し、リソグラフィにより電極パッド102上の絶縁層103を除去する。次いで、メッキ法により複数の配線104及び層間接続体105を形成する。次いで、互いの層間接続体105の間を、例えば、リソグラフィを用いて保護層106を形成する。そして、層間接続体105の上面にバンプ107を形成し、最後にチップ毎に切断してパッケージが完成される。
【0006】
このパッケージによれば、バンプ107を新たな電極パッドとして半導体チップ101上の電極パッド102から配線104を介して保護層106上に再配置することにより、従来のチップレベルCSPと比較してパッケージの大きさを小型化することができる。また、従来のパッケージ方法のように半導体チップ101を半導体基板から切り出して個々にパッケージする必要がなく、半導体基板単位でバンプ107まで形成した後に個々に切り出しを行えば半導体装置を完成することができるので、その製造工程を簡略化することができるのである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したパッケージによると、配線104は半導体チップ101の素子形成面側に形成されている。この素子形成面側には、半導体素子を形成するために必要な所定の形状を持った素子間の配線(図示せず)や層間絶縁膜(図示せず)、さらには、保護膜(図示せず)等が形成されており、その結果、膜の厚みが部分的に変化してその表面には少なからず段差が発生している。この段差は、膜を積層するにしたがって大きくなっていき、徐々に段差部分での被覆性(ステップカバレッジ)を悪化させ、この状態で配線104を形成すれば、最悪の場合に段差部分での配線104の断線や、多層化した際に配線層間のショートを発生させる可能性がある。
【0008】
また、その製造方法において、配線104と層間接続体105及び保護層106を形成するためにはリソグラフィ工程とエッチング工程が繰り返し必要となる。このリソグラフィ工程は、対象となる材料を対象物の全面に形成してから、例えば、感光性樹脂を塗布し、パターンを転写後に不必要な感光性樹脂を除去するという工程であり、また、エッチング工程は、感光性樹脂を取り除いたことにより、対象となる材料の露出した部位を除去するという工程である。このように、成膜する対象材料が異なれば、実質的に、材料の数と略同等のリソグラフィ工程とエッチング工程を繰り返す必要がある。また、配線104と層間接続体105及び保護層106の形成工程が時系列的であり、一度に異なる成膜を行うことが比較的困難で時間的な制約を生じる可能性がある。
【0009】
本発明は、上記の点に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、配線の断線を低減するとともにパッケージを簡単に製造することのできる半導体装置のパッケージ構造とその製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明の半導体装置のパッケージ構造は、半導体素子及びそれに電気的に接続された電極パッドを有する半導体チップと、一方の面に電気回路を構成する配線を有してその配線の所定の位置から他方の面に貫通する複数の層間接続体を有する保護層からなる半導体装置のパッケージ構造であって、前記保護層は、半導体チップに積層されて電極パッドを覆うとともに、前記層間接続体は、その先端が前記電極パッドと接続され、且つ前記配線は、保護層の電極パッドを覆う面とは反対側の面に配置されてなることを特徴としている。
【0011】
このようにすると、配線を比較的なめらかな保護層上に形成できるので、半導体チップ上に配線を形成した場合に生じるような凹凸による配線の段差を低減することができ、段差での配線のストレスを抑制して断線を減少できるようになり、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【0012】
請求項2に係る発明の半導体装置のパッケージ構造は、請求項2記載の構成において、前記保護層を複数積層することにより前記配線を多層化したものとしている。
【0013】
このようにすると、比較的電極パッドの多い半導体チップにおいても配線を微細にすることなくパッケージを形成できるので、より信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【0014】
請求項3に係る発明の半導体装置のパッケージの製造方法は、半導体素子及びそれに電気的に接続された電極パッドを有する半導体チップと、一方の面に電気回路を構成する配線を有してその配線の所定の位置から他方の面に貫通する複数の層間接続体を有する保護層とからなる半導体装置のパッケージ方法であって、前記半導体チップの少なくとも電極パッドが形成された表面に前記保護層を形成する第1工程と、前記層間接続体と前記配線を有するとともにこの配線を剥離可能に設けたシートを、層間接続体の先端が半導体チップの所定の電極パッドと相対するように保護層上に載置して押圧し、配線を保護層上に接着するとともに層間接続体の先端と電極パッドとを接続する第2工程と、前記シートを剥離して配線を保護層上に転写する第3工程と、を有したことを特徴としている。
【0015】
このようにすると、半導体チップの形成工程とは別にシート上に所定の配線及び層間接続体を予め形成しておくことができるので、配線と層間接続体の形成工程を半導体チップの形成工程とは独立して製造が可能となり、層形成に係る時間的な制約を受けることが比較的少なくなる。また、シートを半導体チップ上の所定の位置に載置して押圧することにより、電極パッドと層間接続体の接続及び配線による電気回路形成が比較的容易に行えるので、リソグラフィ工程とエッチング工程の回数を低減することができ、比較的簡単にパッケージを製造することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【0017】
図1は、本実施形態に係る半導体装置のパッケージ構造を示すものであり、(a)はその平面図、(b)はA−A線に沿って切断したときの断面図である。
【0018】
この実施形態の半導体装置のパッケージ構造は、半導体素子(図示せず)と電極パッド2が形成された半導体チップ1と、保護層3と、層間接続体4と、配線5とを主要構成要素としている。
【0019】
半導体チップ1は、例えば、シリコンからなる半導体基板にて形成されている。この半導体チップ1の表面には、例えば、トランジスタ等からなる半導体素子とそれと電気的に接続された電極パッド2とが形成されている。
【0020】
また、半導体チップ1の電極パッド2が形成された面上には保護層3が設けられている。このものは、後述する配線5を設けるための基体となるとともに半導体チップ1と配線5とを電気的に絶縁するためのものであり、例えば、エポキシ樹脂を半硬化の状態にしたプリプレグから形成されている。また、この保護層3は、熱硬化性を有するフィルムであり、半導体チップ1に積層した状態では弾性を有している。さらに、熱硬化後は収縮する性質を有するため、その厚みは、後述する層間接続体4が硬化後の保護層3を少なくとも貫通できるような厚さに設定されている。この実施形態ではその厚みを100μm程度としている。
【0021】
配線5は、電極パッド2を保護層3上に再配置するための電路となるものであり、例えば、Cuから形成され、その表面はニッケル(Ni)−金(Au)にてメッキが施されている。また、このものは、保護層3の上面(図1(a)の上方向)に設けられており、保護層3の上面に埋設された状態で固着されている。さらに、配線5の一方の端部には、例えば、回路基板(図示せず)との接続のための半田バンプ6が形成されており、他方の端部には、配線5と電極パッド2とを電気的に接続する層間接続体4が形成されている。
【0022】
この層間接続体4は、例えば、Auからなるスタッドバンプにて形成されており、ボール部41とリード部42とからなる二段突起形状を有し、保護層3の厚み方向(図1(a)の上下方向)を貫通するように設けられている。また、このものは、配線5とAu−Au接合しており、電極パッド2とは保護層3の熱硬化後の収縮を利用して圧接された状態となっている。また、この実施形態では、層間接続体4の高さを100μm程度としている。
【0023】
次に、その製造方法について説明する。
【0024】
この実施形態に係る半導体装置のパッケージの製造方法は、基本的に半導体チップ1の製造工程と配線5の製造工程の2工程に大別される。ただし、半導体チップ1の製造工程は、一般的な製造工程と略同等であるので説明を省略する。
【0025】
次に、配線5の製造方法は、まず、ステンレスの薄膜からなるシート7に所定のパターンを有するマスクを形成する。そして、マスク側にCuメッキを施してCuの薄膜を形成後、マスクを除去して、所定の回路を構成する配線5を形成する。このとき、配線5はシート7に対して化学的な接合をしておらず、剥離可能な状態に維持されている(図2(a))。
【0026】
次いで、配線5の表面にNiとAuのメッキを施し、その一端にAuのスタッドバンプからなる層間接続体4のボール部41を超音波接合により接合する(図2(b))。
【0027】
続いて、半導体チップ1の少なくとも電極パッド2を形成した表面に保護層3を形成し(第1工程)、シート7を層間接続体4のリード部42が半導体チップ1の所定の電極パッド2と相対するように保護層3上に載置する(図2(c))。
【0028】
そして、この状態で半導体チップ1及びシート7を200℃程度に加熱し、層間接続体4一個辺り100g程度の圧力が掛かるようにシートを3乃至10秒程度押圧してリード部42の先端と電極パッド2とを接続する(第2工程)(図2(d))。
【0029】
最後に、シート7を剥離して配線5を保護層3上に転写する(第3工程)(図2(e))。
【0030】
上述した製造方法を半導体基板の単位で実施して、半導体チップ1毎に切断すれば半導体装置のパッケージが完成する。また、図3に示すように、この製造工程を繰り返すことにより配線5を多層化することも可能になる。
【0031】
以上説明した実施形態の半導体装置のパッケージの製造方法によると、半導体チップ1の電極パッド2が形成された表面に保護層3を形成し、層間接続体4を有する配線5を剥離可能に設けたシート7を保護層3上に載置して押圧し、シート7を剥離して配線5を保護層3上に転写することにより、電極パッド2と層間接続体4の接続及び配線による電気回路形成が比較的容易に行えるので、リソグラフィ工程とエッチング工程の回数を低減することができ、簡単にパッケージを製造することができる。また、半導体チップ1の形成工程とは別にシート7上に所定の配線5及び層間接続体4を予め形成しておくことができるので、配線5と層間接続体4の形成工程を半導体チップの形成工程とは独立して製造が可能となり、配線5形成に係る時間的な制約を受けることが比較的少なくなる。
【0032】
また、このようにして製造された半導体装置のパッケージ構造は、保護層3が半導体チップ1に積層して電極パッド2を覆うとともに、層間接続体4の先端が電極パッド2と接続され、且つ配線5が保護層3の電極パッド2を覆う面とは反対側の面に配置されることにより、配線5を比較的凹凸の激しい半導体チップ1上より比較的なめらかな保護層3上に形成できるので、凹凸による配線の段差を低減することができ、段差での配線5のストレスを緩和して断線を抑制できるようになり、結果的に信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【0033】
なお、保護層3は、その材料をエポキシ樹脂に限定するものではなく、例えば、ポリイミド樹脂でも効果を同じくするものである。また、保護層3に導電性を有する微小粒子を混入させたフィルムやペーストを用いてもよい。このようにすることにより、電極パッド2と層間接続体4との接触面で微小粒子を挟み込み、両者の電気的な接触の信頼性をさらに向上させることができる。
【0034】
【発明の効果】
請求項1に係る発明の半導体装置のパッケージ構造は、保護層が半導体チップに積層されて電極パッドを覆うとともに、層間接続体の先端が電極パッドと接続され、且つ配線は、保護層の電極パッドを覆う面とは反対側の面に配置されることにより、配線を凹凸の激しい半導体チップ上より比較的なめらかな保護層上に形成できるので、凹凸による配線の段差を低減でき、結果、段差部分での配線のストレスを緩和して断線を抑制することができるようになり、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【0035】
請求項2に係る発明の半導体装置のパッケージ構造は、請求項2記載の効果に加えて、保護層を複数積層することにより配線を多層化したことにより、比較的電極パッドの多い半導体チップにおいても配線を微細にすることなくパッケージを形成できるので、より信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【0036】
請求項3に係る発明の半導体装置のパッケージの製造方法は、半導体チップの少なくとも電極パッドが形成された表面に保護層を形成する第1工程と、層間接続体と前記配線を有するとともにこの配線を剥離可能に設けたシートを、層間接続体の先端が半導体チップの所定の電極パッドと相対するように保護層上に載置して押圧し、配線を保護層上に接着するとともに層間接続体の先端と電極パッドとを接続する第2工程と、シートを剥離して配線を保護層上に転写する第3工程とを備えたことにより、半導体チップの形成工程とは別にシート上に所定の配線及び層間接続体を予め形成しておくことができるので、配線と層間接続体の形成工程を半導体チップの形成工程とは独立して製造が可能となり、層形成に係る時間的な制約を受けることが比較的少なくなる。また、シートを半導体チップ上の所定の位置に載置して押圧することにより、電極パッドと層間接続体の接続及び配線による電気回路形成が比較的容易に行えるので、リソグラフィ工程とエッチング工程の回数を低減することができ、簡単にパッケージを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置のパッケージ構造を示すものであり、(a)はその平面図、(b)はA−A線に沿って切断したときの断面図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置のパッケージ方法を示す工程断面図である。
【図3】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置のパッケージ構造を示す断面図である。
【図4】従来の半導体装置のパッケージ構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体チップ
2 電極パッド
3 保護層
4 層間接続体
5 配線[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a package structure of a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a package structure of a semiconductor device called a wafer level CSP and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as a semiconductor device packaging process, a wafer level chip size package (WLCSP) technology for packaging a plurality of semiconductor devices at a wafer level has been proposed. FIG. 4 shows a package proposed in Japanese Patent No. 3137322 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-079362) as a package that can be formed at the wafer level.
[0003]
In FIG. 4, a semiconductor chip (not shown) and an
[0004]
This is manufactured as follows.
[0005]
First, an
[0006]
According to this package, the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, according to the above-mentioned package, the
[0008]
In the manufacturing method, a lithography step and an etching step are repeatedly required to form the
[0009]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a package structure of a semiconductor device and a method of manufacturing the same, which can reduce disconnection of wiring and can easily manufacture a package. Is to do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a package structure of a semiconductor device according to the first aspect of the present invention includes a semiconductor chip having a semiconductor element and an electrode pad electrically connected thereto, and a wiring forming an electric circuit on one surface. A semiconductor device package structure comprising a protective layer having a plurality of interlayer connectors penetrating from a predetermined position of the wiring to the other surface thereof, wherein the protective layer is laminated on a semiconductor chip and has electrode pads. And an end of the interlayer connector is connected to the electrode pad, and the wiring is disposed on a surface of the protective layer opposite to the surface covering the electrode pad.
[0011]
In this way, the wiring can be formed on a comparatively smooth protective layer, so that the step of the wiring due to unevenness caused when the wiring is formed on the semiconductor chip can be reduced, and the stress of the wiring due to the step can be reduced. Can be reduced to reduce disconnection, and a highly reliable semiconductor device can be provided.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the package structure of the semiconductor device according to the second aspect, the wiring is multi-layered by stacking a plurality of the protective layers.
[0013]
By doing so, a package can be formed without making wiring fine even in a semiconductor chip having relatively many electrode pads, so that a more reliable semiconductor device can be provided.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a package of a semiconductor device, comprising: a semiconductor chip having a semiconductor element and an electrode pad electrically connected thereto; and a wiring having an electric circuit on one surface. And a protective layer having a plurality of interlayer connectors penetrating from the predetermined position to the other surface of the semiconductor chip, wherein the protective layer is formed on at least a surface of the semiconductor chip on which electrode pads are formed. A first step of: and mounting a sheet having the interlayer connector and the wiring and releasably providing the wiring on the protective layer such that the tip of the interlayer connector faces a predetermined electrode pad of the semiconductor chip. A second step of placing and pressing, bonding the wiring on the protective layer and connecting the tip of the interlayer connector and the electrode pad, and peeling the sheet to transfer the wiring on the protective layer. It is characterized by having a third step.
[0015]
By doing so, the predetermined wiring and interlayer connection body can be formed in advance on the sheet separately from the semiconductor chip formation step, so that the wiring and interlayer connection body formation step is the same as the semiconductor chip formation step. Independent manufacture is possible, and the time restriction on layer formation is relatively small. Further, since the sheet is placed at a predetermined position on the semiconductor chip and pressed, the connection between the electrode pad and the interlayer connector and the formation of an electric circuit by wiring can be relatively easily performed. Can be reduced, and the package can be manufactured relatively easily.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
1A and 1B show a package structure of a semiconductor device according to the present embodiment, wherein FIG. 1A is a plan view thereof, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA.
[0018]
The package structure of the semiconductor device of this embodiment includes a
[0019]
The
[0020]
Further, a
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
Next, the manufacturing method will be described.
[0024]
The method of manufacturing the package of the semiconductor device according to this embodiment is basically divided into two steps of a manufacturing step of the
[0025]
Next, in the method of manufacturing the
[0026]
Next, the surface of the
[0027]
Subsequently, a
[0028]
Then, in this state, the
[0029]
Finally, the
[0030]
When the above-described manufacturing method is performed for each semiconductor substrate and the
[0031]
According to the method for manufacturing a package of a semiconductor device of the embodiment described above, the
[0032]
Further, in the package structure of the semiconductor device manufactured as described above, the
[0033]
In addition, the material of the
[0034]
【The invention's effect】
In the semiconductor device package structure according to the first aspect of the present invention, the protective layer is laminated on the semiconductor chip to cover the electrode pad, the tip of the interlayer connector is connected to the electrode pad, and the wiring is formed by the electrode pad of the protective layer. By arranging the wiring on the surface opposite to the surface that covers the surface, the wiring can be formed on a relatively smooth protective layer rather than on a semiconductor chip with severe unevenness, so that the wiring steps due to the unevenness can be reduced, and as a result, the step portion In this case, the stress of the wiring can be reduced to suppress the disconnection, and a highly reliable semiconductor device can be provided.
[0035]
According to the package structure of the semiconductor device of the second aspect, in addition to the effect of the second aspect, the wiring is multi-layered by laminating a plurality of protective layers, so that the semiconductor device has a relatively large number of electrode pads. Since a package can be formed without making wiring fine, a more reliable semiconductor device can be provided.
[0036]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a package of a semiconductor device, comprising: a first step of forming a protective layer on at least a surface of a semiconductor chip on which electrode pads are formed; The peelably provided sheet is placed on the protective layer and pressed so that the tip of the interlayer connector faces the predetermined electrode pad of the semiconductor chip, and the wiring is adhered to the protective layer and the interlayer connector is By providing a second step of connecting the tip and the electrode pad and a third step of peeling the sheet and transferring the wiring onto the protective layer, a predetermined wiring is formed on the sheet separately from the step of forming the semiconductor chip. In addition, since the interlayer connector can be formed in advance, the process of forming the wiring and the interlayer connector can be manufactured independently of the process of forming the semiconductor chip. There is relatively less. Further, since the sheet is placed at a predetermined position on the semiconductor chip and pressed, the connection between the electrode pad and the interlayer connector and the formation of an electric circuit by wiring can be relatively easily performed. And the package can be easily manufactured.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show a package structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a plan view thereof, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA. It is.
FIG. 2 is a process cross-sectional view showing a semiconductor device packaging method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a package structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a package structure of a conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記保護層は、半導体チップに積層されて電極パッドを覆うとともに、前記層間接続体は、その先端が前記電極パッドと接続され、且つ前記配線は、保護層の電極パッドを覆う面とは反対側の面に配設されてなることを特徴とする半導体装置のパッケージ構造。A semiconductor chip having a semiconductor element and an electrode pad electrically connected thereto, and a plurality of interlayer connectors having a wiring forming an electric circuit on one surface and penetrating from a predetermined position of the wiring to the other surface A semiconductor device package structure comprising a protective layer having
The protective layer is stacked on the semiconductor chip to cover the electrode pad, and the interlayer connector has a tip connected to the electrode pad, and the wiring is on the side opposite to the surface of the protective layer covering the electrode pad. A package structure for a semiconductor device, wherein the package structure is provided on a surface of a semiconductor device.
前記半導体チップの少なくとも電極パッドが形成された表面に前記保護層を形成する第1工程と、
前記層間接続体と前記配線を有するとともにこの配線を剥離可能に設けたシートを、層間接続体の先端が半導体チップの所定の電極パッドと相対するように保護層上に載置して押圧し、配線を保護層上に接着するとともに層間接続体の先端と電極パッドとを接続する第2工程と、
前記シートを剥離して配線を保護層上に転写する第3工程と、を有することを特徴とする半導体装置のパッケージ方法。A semiconductor chip having a semiconductor element and an electrode pad electrically connected to the semiconductor element, and a plurality of interlayer connectors having a wiring forming an electric circuit on one surface and penetrating from a predetermined position of the wiring to the other surface A method for manufacturing a package of a semiconductor device comprising a protective layer having:
A first step of forming the protective layer on at least a surface of the semiconductor chip on which electrode pads are formed;
A sheet having the interlayer connector and the wiring and provided with the wiring releasable is placed and pressed on the protective layer so that the tip of the interlayer connector faces a predetermined electrode pad of the semiconductor chip, A second step of bonding the wiring on the protective layer and connecting the tip of the interlayer connector and the electrode pad;
A third step of peeling off the sheet and transferring the wiring onto the protective layer.
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