JP2004072043A - 半導体ウェハ及び半導体チップ並びに半導体装置とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】接続パッドの高密度化、薄型化及び高い接続信頼性の実現が可能な半導体ウェハ及び半導体チップ並びに半導体装置とその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる半導体チップは対向する回路基板20の接続パッド21上に設けられた半田ペースト22により前記基板に直接実装される半導体チップである。半導体チップに設けられた半導体回路に信号を入出力する入出力端子5と、半導体チップの回路形成面1c上に設けられた第1絶縁層2を備えている。そして入出力端子5と電気的に接続されたCuスパッタ層8a及びCuめっき層8bを備えている。Cuめっき層8bを覆うように第2絶縁層4が形成され、その開口部11に錫からなるめっき層10が形成されている。
【選択図】 図1
【解決手段】本発明にかかる半導体チップは対向する回路基板20の接続パッド21上に設けられた半田ペースト22により前記基板に直接実装される半導体チップである。半導体チップに設けられた半導体回路に信号を入出力する入出力端子5と、半導体チップの回路形成面1c上に設けられた第1絶縁層2を備えている。そして入出力端子5と電気的に接続されたCuスパッタ層8a及びCuめっき層8bを備えている。Cuめっき層8bを覆うように第2絶縁層4が形成され、その開口部11に錫からなるめっき層10が形成されている。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップが実装された半導体装置に関するものであり、さらに詳しくはボール半田を用いないCSP実装技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の電子情報機器の高性能、高機能化、携帯化の要求により、電子情報機器に用いられる半導体装置には高速化、高容量化とともに小型化、薄型化、軽量化が重要な開発課題になっている。この半導体装置の小型化にはChip Size Package(Chip Scale Packageともいう。以下、CSPとする)が用いられている。CSPではチップサイズと同程度の大きさの半導体パッケージを実現するために半導体チップを裏返して半導体チップの接続端子と回路基板の接続端子を対向させて接続を行うフリップチップ実装が行われている。このフリップチップ実装ではBGA(Ball Grid Array)に代表されるように半導体チップの接続パッドに設けられた半田ボールが用いられている。
【0003】
この従来の半田ボールにより実装される半導体装置の構成の一例を図12及び図13を用いて説明する。図12は半導体集積回路が形成された半導体ウェハからダイシングされた後の半導体チップの構成を示す平面図であり、図13はその断面図である。ここで1は半導体チップ、1cは回路形成面、2は第1絶縁層、3は再配線層、4は第2絶縁層、5は入出力端子、6は接続パッド、7は半田ボールである。
【0004】
半導体チップ1の回路形成面1cには入出力端子5が形成されている。この入出力端子5は半導体チップ1の内部集積回路と電気的に接続されている。また入出力端子5は半導体チップ1内に形成されている場合もある。この入出力端子5の上には第1絶縁層2が形成されている。第1絶縁層2の開口部には再配線層3が形成され、入出力端子5と接続されている。さらに、第1絶縁層2及び再配線層3の上には第2絶縁層4が形成されている。再配線層3において第2絶縁層4の開口部にあたる場所が接続パッド6となる。この再配線層3には電気的特性の良さから主にCuが用いられている。また、このCu層は析出速度の速さから電界めっき又は無電解めっき等のめっき工程により形成される。またAuめっきを用いる方法もあるが、析出速度が遅く、厚膜を形成することができない。Cu原子の拡散を防ぐためにCuめっきの上にバリア膜としてNi層やTi層等を形成するものもある。そして、この接続パッド6の上には半田ボール7が設けられ、リフロー工程により対向する回路基板と接続される。
【0005】
図13に示すように半導体チップ1の全面には多数の接続パッド6及び半田ボール7が設けられている。半導体装置の高機能化により1つのチップに設けられている接続パッド6の数は増え、さらに半導体チップの小型化により接続パッドを高密度化する必要がある。
【0006】
しかし、従来の半田ボールを用いた実装では以下のような問題点があった。半田ボール7のサイズは通常0.2mm程度である。そのため接続パッドのピッチを半田ボールのサイズと同程度まで狭くすると隣接する半田ボール7が接触してしまい、接続パッド同士が導通してしまっていた。従って、接続パッドのピッチを狭くすることができず、接続パッド数を増やすことが出来なかった。また通常、半田ボールはダイシングされる前のウエハ状態で半田ボール搭載装置により形成される。しかし半田ボールの大きさ分だけ、ダイシングされる領域からマージンをもって接続パッドを形成しなければならなかった。従って、接続パッドを設ける領域の面積が減ってしまっていた。このように半田ボールが高密度化の妨げとなってしまうという問題点があった。
【0007】
さらに半田ボール7の厚さは半導体チップや回路基板と比較して、同程度の厚みがあり薄型化の妨げにもなるという問題点があった。またCuやNiが表面にさらされていると酸化膜が形成され、配線の電気的特性が劣化するといった問題点もあった。さらに基板に搭載した半導体チップをリフロー等により再加熱処理を行う場合、接続部の半田が熱により膨張することでアンダーフィル樹脂に亀裂が生じることがあった。これにより、隣接する接続部の半田とショートする「フラッシング」と呼ばれる現象が生じ、基板との接続信頼性が低下するといった問題点もあった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の半田ボールを用いた半導体装置の実装方法では、半田ボール自体が接続パッドの高密度化、薄型化及び接続信頼性向上の妨げになるという問題点があった。
【0009】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、接続パッドの高密度化、薄型化が可能な半導体ウェハ及び半導体チップ並びに半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる半導体チップは対向する基板(例えば、本発明の実施の形態にかかる回路基板20)の接続パッド(例えば、本発明の実施の形態にかかる回路基板用接続パッド21)上に設けられた半田ペースト(例えば、本発明の実施の形態にかかる半田ペースト22)により前記基板に直接実装される半導体チップであって、前記半導体チップに設けられた半導体回路に信号を入出力する端子(例えば、本発明の実施の形態にかかる入出力端子5)と、前記半導体チップの回路形成面上に設けられた第1の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第1絶縁層2)と、前記端子と電気的に接続された再配線層(例えば、本発明の実施の形態にかかる再配線層3)と、前記再配線層を覆うように形成された第2の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第2絶縁層4)と、前記第2の絶縁層の開口部に設けられ、前記再配線層と接続されるめっき層(例えば、本発明の実施の形態にかかるめっき層10)を備えたものである。これにより、接続パッドの高密度化及び半導体チップが実装された半導体装置の薄型化を図ることができる。
【0011】
本発明にかかる半導体チップは回路形成領域を有する半導体チップであって、前記回路形成領域の半導体回路に信号を入出力する端子(例えば、本発明の実施の形態にかかる入出力端子5)と、前記回路形成領域上に設けられた第1の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第1絶縁層2)と、前記第1の絶縁層上に形成され前記端子と電気的に接続された再配線層(例えば、本発明の実施の形態にかかる再配線層3)と、前記再配線層を覆うように形成された第2の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第2絶縁層4)と、前記第2の絶縁層の開口部に設けられ、前記再配線層と接続されるめっき層(例えば、本発明の実施の形態にかかるめっき層10)を備え、前記めっき層が当該半導体チップを搭載する基板と接続され、当該めっき層の表面が錫又は錫合金により形成されているものである。これにより、接続パッドの高密度化及び半導体チップが実装された半導体装置の薄型化を図ることができる。
【0012】
上記の半導体チップにおいて、前記再配線層が複数の工程で形成されており、その最下層にスパッタ法又は蒸着法により形成された導電層(例えば、本発明の実施の形態にかかるCuスパッタ層8a)を備えることが望ましい。これにより再配線層の密着性を向上することが出来る。
【0013】
上述の半導体チップにおいて、前記再配線層の最上層にバリア層(例えば、本発明の実施の形態にかかるNi層9)を備えていてもよい。これにより、再配線層内の原子がめっき層へ拡散するのを防ぐことができる。
【0014】
上記の半導体チップは前記バリア層が前記再配線層上の略全面に設けられていることが望ましい。これにより、再配線層内の原子が第2の絶縁層に拡散するのを防ぐことができる。
【0015】
本発明にかかる半導体ウェハは対向する基板(例えば、本発明の実施の形態にかかる回路基板20)の接続パッド(例えば、本発明の実施の形態にかかる接続パッド21)上に設けられた半田ペースト(例えば、本発明の実施の形態にかかる半田ペースト22)により前記基板に直接実装される半導体チップ(例えば、本発明の実施の形態にかかる半導体チップ1)が切り出される前の半導体ウエハであって、前記半導体チップに設けられた半導体回路に信号を入出力する端子(例えば、本発明の実施の形態にかかる入出力端子5)と、前記半導体ウエハの回路形成面上に設けられた第1の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第1絶縁層2)と、前記端子と電気的に接続された再配線層(例えば、本発明の実施の形態にかかる再配線層3)と、前記再配線層を覆うように形成された第2の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第2絶縁層4)と、前記第2の絶縁層の開口部に設けられ、前記再配線層と接続されるめっき層(例えば、本発明の実施の形態にかかるめっき層10)を備えたものである。これにより、接続パッドの高密度化及び半導体装置の薄型化を図ることが出来る。
【0016】
上記の半導体ウェハにおいて、前記再配線層が複数の工程で形成されており、その最下層にスパッタ法又は蒸着法により形成された導電層(例えば、本発明の実施の形態にかかるCuスパッタ層8a)を備えることが望ましい。これにより再配線層の密着性を向上することが出来る。
【0017】
上述の半導体ウェハにおいて、前記再配線層の最上層にバリア層(例えば、本発明の実施の形態にかかるNi層9)を備えていてもよい。これにより、再配線層内の原子がめっき層へ拡散するのを防ぐことができる。
【0018】
上記の半導体ウェハは前記バリア層が前記再配線層上の略全面に設けられていることが望ましい。これにより、再配線層内の原子が第2の絶縁層に拡散するのを防ぐことができる。
【0019】
本発明にかかる半導体装置は接続パッド(例えば、本発明の実施の形態にかかる回路基板用接続パッド21)が設けられた基板(例えば、本発明の実施の形態にかかる回路基板20)に半導体チップが実装される半導体装置であって、前記半導体チップに設けられた半導体回路に信号を入出力する端子(例えば、本発明の実施の形態にかかる入出力端子5)と、前記半導体チップは回路形成面上に設けられた第1の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第1絶縁層2)と、前記端子と電気的に接続された再配線層(例えば、本発明の実施の形態にかかる再配線層3)と、前記再配線層を覆うように形成された第2の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第2絶縁層4)と、前記第2の絶縁層の開口部に設けられ、前記再配線層と接続されるめっき層(例えば、本発明の実施の形態にかかるめっき層10)を備え、前記接続パッド上に設けられた半田ペースト(例えば、本発明の実施の形態にかかる半田ペースト22)により前記めっき層が接続されているものである。これにより、接続パッドの高密度化及び半導体チップが実装された半導体装置の薄型化を図ることができる。
【0020】
前記半田ペーストをリフローすることにより前記基板と前記半導体チップが接続されることが望ましい。これにより、半導体チップの実装を精度よく行うことができる。
【0021】
上記の半導体装置において、前記再配線層が複数の工程で形成されており、その最下層にスパッタ法又は蒸着法により形成された導電層(例えば、本発明の実施の形態にかかるCuスパッタ層8a)を備えることが望ましい。これにより再配線層の密着性を向上することが出来る。
【0022】
上述の半導体装置において、前記再配線層の最上層にバリア層(例えば、本発明の実施の形態にかかるNi層9)を備えていてもよい。これにより、再配線層内の原子がめっき層へ拡散するのを防ぐことができる。
【0023】
前記バリア層が前記再配線層上の略全面に設けられていることが望ましい。これにより再配線層内の原子が第2の絶縁層へ拡散するのを抑制することが出来る。
【0024】
本発明にかかる半導体ウェハの製造方法は対向する基板の接続パッド上に設けられた半田ペーストにより前記基板に直接実装される半導体チップが切り出される前の半導体ウエハの製造方法であって、前記半導体ウェハの回路形成面上に第1の絶縁層を形成するステップと、前記半導体チップに形成された半導体回路に信号を入出力する端子と電気的に接続された再配線層を形成するステップと、前記再配線層を覆う第2の絶縁層を形成するステップと、前記第2の絶縁層の開口部に前記再配線層と接続されるめっき層を設けるステップを有するものである。これにより、接続パッドの高密度化及び半導体チップが実装された半導体装置の薄型化を図ることができる。
【0025】
上述の前記再配線層を形成するステップにおいて、当該再配線層の最下層に導電層をスパッタ法又は蒸着法により形成するステップをさらに有することが望ましい。これにより再配線層の密着性を向上することが出来る。
【0026】
上述の前記再配線層を形成するステップにおいて、当該再配線層の最上層にバリア層を形成するステップをさらに有することが望ましい。これにより、再配線層内の原子がめっき層へ拡散するのを防ぐことができる。
【0027】
本発明にかかる半導体チップの製造方法は上述の半導体ウェハの製造方法の後に、当該半導体ウェハをダイシングするステップをさらに有するものである。これにより、接続パッドの高密度化及び半導体チップが実装された半導体装置の薄型化を図ることができる。
【0028】
本発明にかかる半導体装置の製造方法は基板上に半導体チップが搭載された半導体装置の製造方法であって、前記半導体チップの回路形成面上に第1の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第1絶縁層2)を形成するステップと、前記半導体チップに形成された半導体回路に信号を入出力する端子(例えば、本発明の実施の形態にかかる入出力端子5)と電気的に接続された再配線層(例えば、本発明の実施の形態にかかる再配線層3)を形成するステップと、前記再配線層を覆う第2の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第2絶縁層4)を形成するステップと、前記第2の絶縁層の開口部に前記再配線層と接続されるめっき層(例えば、本発明の実施の形態にかかるめっき層10)を設けるステップと、前記基板上の接続パッドに半田ペースト(例えば、本発明の実施の形態にかかる半田ペースト22)を塗布するステップと、前記半導体チップにおいて前記めっき層が設けられた面と前記基板において前記半田ペーストが設けられた面を対向させ、前記半田ペーストと前記めっき層を接続するステップを有するものである。これにより、接続パッドの高密度化及び半導体チップが実装された半導体装置の薄型化を図ることができる。
【0029】
上記の半導体装置の製造方法において前記半田ペーストを塗布するステップがスクリーン印刷により行われることが望ましい。これにより一括して半田ペーストを基板に塗布することができるため、生産性を向上することが出来る。
【0030】
上述の半導体装置の製造方法では前記再配線層を形成するステップにおいて、当該再配線層の最下層に導電層をスパッタ法又は蒸着法により形成するステップをさらに有することが望ましい。これにより再配線層の密着性を向上することができる。
【0031】
上述の半導体装置の製造方法では前記再配線層を形成するステップにおいて、当該再配線層の最上層にバリア層を形成するステップをさらに有することが望ましい。これにより、再配線層内の原子の拡散を抑制することが出来る。
【0032】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
本発明にかかる半導体チップの再配線層の構成について図1を用いて説明する。図1は半導体チップの再配線層の構成を示す断面図である。ここで1は半導体チップ、1cは回路形成面、2は第1絶縁層、3は再配線層、4は第2絶縁層、6は接続パッド、8はCu層、9はNi層、10はめっき層、11は開口部(ビア孔)である。この半導体チップが対向する回路基板に実装される。この半導体チップ1がダイシングされる前は、図4に示されるように半導体ウエハ30に複数設けられている。そして、それぞれの半導体チップ1に半導体集積回路31が形成されている。
【0033】
この半導体チップ1に設けられた半導体集積回路31の上には図1に示すように保護層としてポリイミド等の樹脂からなる第1絶縁層2が形成される。第1絶縁層2の上にはCu層8が形成され、その上にはバリア層としてNi層9が形成されている。このNi層9はCuの拡散を防ぎ、さらには密着性及び耐熱性をもたせる役割を果たしている。このCu層8及びNi層9が図13で示したような再配線層3となり半導体集積回路31の入出力端子5に接続されている。またCu層8は後に説明するようにスパッタ法により形成されたCuスパッタ層の上に電解めっき法により形成されたCuめっき層の2層で構成されている。
【0034】
そして、その上からポリイミド等の樹脂からなる第2絶縁層4が形成されている。また第2絶縁層4の対向する回路基板と接続される部分には開口部11が設けられる。この開口部11にはめっき層10が形成される。
【0035】
図1に示す実施の形態ではめっき層10は第2絶縁層4より低く形成されており、第2絶縁層4の表面からくぼんだ形状になっている。また図2に示すようにめっき層10が第2絶縁層の表面と同じ高さにあってもよく、さらには図3に示すようにめっき層10が第2絶縁層4の表面より高くてもよい。第2絶縁層4を形成した後に、めっき層10を形成することにより、図2、図3に示すような構成を容易に製造することが出来る。すなわちスパッタ法や蒸着法により形成すると全面に導電層が形成されてしまい、パターニングする工程が増えてしまう。しかし、めっき法により形成すれば、Ni層9が設けられている開口部(ビア孔)にのみ形成されるためパターニングする工程を増やすことなくめっき層10を形成することができる。このめっき層10が図13に示されるような接続パッド6となる。
【0036】
この半導体チップ1の再配線層を形成する工程について図5を用いて説明する。図5は再配線層が形成されていく過程を示した半導体チップ1の断面図である。図1で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すので説明を省略する。ここで5は入出力端子、35はフォトレジスト、36はフォトマスクである。また8aはCuスパッタ層、8bはCuめっき層である。Cuスパッタ層8aとCuめっき層8bがCu層8を形成している。
【0037】
まず半導体ウエハの状態で半導体集積回路用の入出力端子5が設けられている半導体チップ1上に保護膜として第1絶縁層2を形成する。この第1絶縁層2はポリイミドフィルムに接着剤をまぜたものを塗布乾燥した後、ラミネーションすることにより形成される。また入出力端子5に対応する部分の第1絶縁層2はパターニングにより、除去されている。その上からCuスパッタ層8aをスパッタ法により形成する。なお、スパッタの代わりに蒸着法により形成してもよい。ここで図5(a)に示す状態となる。なお入出力端子5は半導体ウェハの回路形成面1c上に設けられていてもよい。
【0038】
図5(b)に示すように、その上からフォトレジスト35を塗布し、所定パターンのフォトマスク36の上から光33を照射して露光する。そして現像処理を行ない、露光された部分のフォトレジスト35を除去する。ここで図5(c)に示す状態となる。なお上述の説明ではポジ型のフォトレジスト35で説明したが、ネガ型のフォトレジストを用いてもよい。
【0039】
このフォトレジスト35の上からCuスパッタ層8aを電極にして電解めっき法によりCuめっき層8bを形成する。同様にその上からバリア層であるNi層9を電解めっき法により形成する。ここで図5(d)に示す状態となる。なおスパッタ層8aはめっき層とその下地層との密着性を上げるために形成されており、電解めっき法の電極にすることもできる。ただしスパッタ法による成膜速度はめっき法による析出速度と比べて遅いため、電気的特性を上げるためにCu層8を厚くする必要がある。そのためCuスパッタ層8aと上にCuめっき層8bが形成され、この2層によりCu層8が形成される。またCuスパッタ層8aはCuめっき層8bのCuの拡散を防ぐこともできる。なお、めっき法は電解めっき法にかぎらず、無電解めっき法、溶融めっき法により形成してもよい。
【0040】
そしてフォトレジスト35を除去すると図5(e)の状態になる。この後にCuスパッタ層8aを選択的にエッチングすると図5(f)に示す状態になる。この場合、Cuめっき層8bの上にNi層9が設けられているためにCuスパッタ層8aの選択性エッチングを容易に行うことが出来る。またNi層9をCuスパッタ層8aより充分厚く形成して、非選択性のエッチングを行っても良い。この場合、Cuスパッタ層8aの分だけNi層を厚くする必要がある。このCu層8とNi層9が図13に示すような再配線層3を形成することになる。このNi層9により、後の工程で形成される錫からなるめっき層10にCuが拡散するのを防ぐことができる。また、めっき層10との密着性及び耐熱性を向上することができる。
【0041】
次に、その上に直接回路基板と接続されるめっき層10を形成する工程について図6を用いて説明する。図6は図5の続きの形成過程を示した半導体チップ1の断面図である。図1、図5で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すため説明を省略する。図5(f)の状態から、さらに第2絶縁層4を形成する。この第2絶縁層4には感光性樹脂が用いられる。この後、基板側の接続端子に接続するために、露光、現像工程により第2絶縁層4に開口部11(ビア孔)を設ける。この状態が図6(g)の状態になる。
【0042】
その上から電解めっき法により、めっき層10を形成すると図6(h)に示す状態となる。このめっき層10の材質は錫であり、電解めっき法以外にも無電解めっき法、溶融めっき法などにより形成することもできる。いずれのめっき法でも同様の効果を得ることができる。なお、この詳細な形成方法の一例が、特開2000−265294号公報により開示されている。このめっき層10が回路基板側と接続される接続パッド6となり、この接続パッド6と半導体チップ1に設けられた半導体集積回路の入出力端子5がCu層8及びNi層9からなる再配線層3により電気的に接続される。また錫からなるめっき層10が上から形成されるため、Ni層が露出される時間を短くすることができる。そのため、酸化膜の形成が抑制され、濡れ性が向上する。よって、電気的特性の劣化を防ぐことが出来る。まためっき層10に用いられる材質は錫めっき以外にも鉛、銀、亜鉛、ニッケル、コバルト、ビスマス、アンチモン、インジウム等を含む錫合金でもよい。
【0043】
以上の工程の後、半導体ウェハ30がダイサーによりダイシングされ半導体チップ1になる。これらの製造工程はすべて切り出される前のウエハ状態で形成することが出来る。そのため、半導体チップ1上にパッケージするための構成を容易に形成することができ、生産性を落とすことがない。さらに半田ボール搭載工程及び半田ボールを半導体チップに設けるためのリフロー工程を削減することができる。これにより、製造工程を削減することができ、生産性を向上させることができる。また半田ボールを用いないため、接続パッドの高密度化を図ることが出来る。従って、半導体装置の小型化、高機能化に対応することができる。
【0044】
次に図7により回路基板に半導体チップ1が実装される工程について説明する。図7は回路基板上の接続パッドと半導体チップが接続される工程を示した断面図である。半導体チップ1が裏返されフリップチップ実装される過程を示している。ここで20は回路基板、21は回路基板用接続パッド、22は半田ペースト(クリームはんだ)、23はソルダレジスト、24はアンダーフィル樹脂である。
【0045】
まず接続される回路基板20について説明する。回路基板20には配線がプリントされており、その他にコンデンサー、抵抗、トランジスタなどの電子部品が設けられている。ここで用いる回路基板20は、半導体チップ1を搭載することができればよく、その形状、機能等は特に指定されない。回路基板20上の半導体チップ1と接続される部分には回路基板用接続パッド21が形成されている。この回路基板用接続パッド21とその周辺部分の必要部分以外にはんだが付着しないように、ソルダレジスト23をソルダレジスト印刷により形成する。そしてスクリーン印刷により回路基板用接続パッド21とその周辺部に半田ペースト22が塗布する。半田ペースト22は粉状のはんだにフラックスや粘結剤等をいれてペースト状にしたものであり、スクリーン印刷に適しているため回路基板20上に容易に塗布することが出来る。はんだの材料には鉛―錫はんだ、鉛フリーはんだが用いられる。半田ペースト22は回路基板上に一括して形成することができるため半田ボールよりも生産性が高い。
【0046】
この回路基板20と半導体チップ1の接続面を対向させ、接続される位置に合わせる。そしてリフロー(再加熱)すると半田ペースト22が溶融し、めっき層10と接続される。図7に示すように回路基板20と半導体チップ1の位置にずれが生じていても、半田ペースト22が接続する際にセルフアライメント効果により図8に示すように所定の位置で実装される。このセルフアライメント効果は半田ペースト22の表面張力により、接続パッド6と回路基板用接続パッド21の位置が接近するものである。そして回路基板20と半導体チップ1の間に実装における接続強度を向上させるためのアンダーフィル樹脂24が設けられる。
【0047】
このセルフアライメント効果を高めるためには、図3に示すようなにめっき層10が第2絶縁層4より高いことが望ましい。この突出した部分を例えば数μm程度設けることが好適である。めっき層10の突出した部分により、回路基板用接続パッド上の半田ペースト22が容易に接続することができる。また半田ボールを使用しないために容易にめっき層10の高さを第2絶縁層4より高くすることができる。なお図1、図2に示すようなめっき層10と第2絶縁層4の高さ関係でもセルフアライメント効果を得ることはできる。
【0048】
さらに本発明では半田ボールが回路基板20と半導体チップ1の間に設けられていないので半導体装置の薄型化を図ることができる。すなわち突出した部分(数μm)は半田ボールのサイズ(約0.2mm)に比べて非常に薄いため、半導体装置の薄型化を図ることが可能である。また電解めっき法により形成されるため、そのめっき層10の厚さを容易に制御することが出来る。さらにめっき層10の材質が酸化膜の形成されにくい錫であるため、はんだの濡れ性が向上し接続性、電気的特性が向上する。また半田ペースト22とめっき層10の材質が錫を主成分としているために密着性を良くすることもできる。
【0049】
また、半田ボール搭載を行わないため、コスト低減、生産性向上を図ることが出来る。さらに、半田ボール搭載装置が必要なくなるために設備投資費用を低減することが出来る。また半田ボールが搭載されていないため、ダイシングする工程で半田ボールのサイズに影響されることがない。そのため、接続パッドの狭ピッチ化を図ることができる。さらにチップ周辺まで接続パッドを設けることができ、配置可能領域を拡大することができる。これにより高密度化がされた配線設計を行うことができる。また接続パッドをダイシングされる領域の近傍に設けることが可能になるため、回路設計上の制約がなくなるというメリットもある。また、半田ボールを半導体チップに搭載していた従来例と比較して接続用の半田の量を少なくして接続することが可能になる。これにより、熱膨張を抑制することができ、「フラッシング」による実装トラブルを防止することが可能になる。
【0050】
なお上述の製造過程ではNi層9、第2絶縁層4、めっき層10の順番で形成したが、Ni層9、めっき層10、第2絶縁層4の順番で形成してもよい。その場合、図5(d)の工程に続けて、めっき層10を形成する。続けて、開口部11に対応する部分にのみめっき層10が形成されるように、レジストパターンを形成する。レジストパターンの形成はレジスト塗布、露光、現像により行われる。この後に開口部以外の不要な部分のめっき層10のエッチングする。さらにその後に第2絶縁層4を設けて、めっき層10が露出するように露光、現像、第2絶縁層の除去等を行う。このような製造工程でも、図1〜図3に示すような構成の半導体チップを得ることができ、同様の効果が得られる。
【0051】
実施の形態2.
本発明の実施の形態2にかかる半導体チップの構成について図9を用いて説明する。図9は半導体チップの構成を示す断面図である。図1で付した符号と同一の符号を付した構成を同一の構成を示すため説明を省略する。ここでは実施の形態1にかかる半導体チップとの差異について説明する。
【0052】
本実施の形態ではNi層9が設けられておらず、Cu層8とめっき層10が接している点で実施の形態1と異なる。バリア層であるNi層9を形成しないことにより、製造工程数を削減することができ、生産性の向上につながる。この場合、めっき層10の材質にNiを用いてもよい。この場合、はんだ濡れ性は錫めっきより悪いがめっき工程を1工程減らすことが出来るため、生産性、コストの面では有利である。もちろんめっき層10に錫めっきを用いて、Cu層8と接触させてもよい。また本実施の形態にかかる半導体チップは実施の形態1で示した製造工程と同様の製造工程で製造することが出来る。なお、本実施の形態にかかる半導体チップの回路基板への実装方法も実施の形態1と同様である。
【0053】
本実施の形態にかかる半導体チップも実施の形態1と同様に回路基板上に実装される。従って、図11に示すように第2絶縁層4よりめっき層10が高いほうがセルフアライメントの効果が大きくなる。なお実施の形態1と同様に第2絶縁層4とめっき層10の高さが同じ図10に示す構成でもよい。本発明では接続パッド6がめっき法により構成されるのでその高さ調整を容易に行うことが出来る。まためっき法は電解めっき法、無電解めっき法、溶融めっき法のいずれの方法を用いてもよい。
【0054】
その他の実施の形態.
上述の実施の形態では入出力端子5が設けられている部分の第1絶縁層2はパターニングによりビア孔を設けているが、第1絶縁層を異方性導電膜(ACF)で形成しても良い。これによりパターニングする工程を削減することが出来る。なお第2絶縁層についても同様である。また絶縁層には感光性樹脂を用いて露光することによりビア孔を形成したが、レーザードリリングによりビア孔を形成してもよい。なお感光性以外の樹脂を用いてもよい。
【0055】
なお上述の実施の形態で示しためっき法は電解めっき法、無電解めっき法、溶融めっき法のいずれを用いてもよく、めっき層10には錫めっき、錫合金めっきを用いることが望ましい。これにより、回路基板20上の半田ペースト22と導材質で形成されるため、密着性を向上させることが出来る。まためっき層10の材質は錫めっき、錫合金めっきの他にもNiめっき、半田めっき、金メッキ等でもよい。またCuめっき層8bの下にCuスパッタ層8aを形成しなくても本発明の効果を得ることができる。この場合、スパッタ工程を減らすことが出来るため生産効率が良くなる。なお、図1で示したNi層9はCuの拡散の抑制及び密着性、耐熱性の向上等バリア層としての役割を果たす材質であることが望ましい。例えば、Ni以外にもTiやTa等で形成しても良い。またバリア層はめっき層10と接触する部分にのみ設けられていても良い。これによりめっき層10にCuが拡散するのを防ぐことが出来る。もちろん、バリア層が再配線層3全域に設けられていてもよい。これにより、Cuの拡散を防ぐことができる。
【0056】
上述の実施の形態で示した半田ペーストには錫―鉛はんだや鉛フリーはんだを用いることが出来る。鉛フリーはんだは鉛(Pb)を有していないはんだのことであり、人体や環境への影響が少ない。鉛フリーはんだには錫(Sn)を主成分としてビスマス(Bi)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)、銅(Cu)、インジウム(In)などで構成される。
【0057】
また入出力端子5は半導体集積回路に入力のみ行う入力端子又は出力のみ行う出力端子でもよい。本発明にかかる半導体装置に用いられる回路基板20には半導体チップを実装することが出来ればよく、配線が形成されている配線基板、抵抗、コンデンサー、トランジスター、LSI、IC等の電子部品が実装されている回路基板、プリント配線基板等が用いられる。上述の実施の形態で示した半導体装置は半導体チップが設けられる領域以外に接続部分がはみ出さないため、CSPに用いることが好適である。これにより、小型化がなされた半導体装置のパッケージングを容易に行うことができる。
【0058】
【発明の効果】
本発明によれば、接続パッドの高密度化、薄型化及び高い接続信頼性の実現が可能な半導体ウェハ及び半導体チップ並びに半導体装置とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1にかかる半導体チップの構成を示す断面図である。
【図2】本発明の実施の形態1にかかる半導体チップの別の構成を示す断面図である。
【図3】本発明の実施の形態1にかかる半導体チップの別の構成を示す断面図である。
【図4】本発明にかかる半導体チップがダイシングされる前のウエハ状態の構成を示す平面図である。
【図5】本発明にかかる半導体チップの製造過程を示す断面図である。
【図6】本発明にかかる半導体チップの製造過程を示す断面図である。
【図7】本発明の実施の形態1にかかる半導体装置が実装される過程を示す断面図である。
【図8】本発明の実施の形態1にかかる半導体装置が実装された状態を示す断面図である。
【図9】本発明の実施の形態2にかかる半導体チップの構成を示す断面図である。
【図10】本発明の実施の形態2にかかる半導体チップの別の構成を示す断面図である。
【図11】本発明の実施の形態2にかかる半導体チップの別の構成を示す断面図である。
【図12】従来の半導体チップの構成を示す断面図である。
【図13】半導体チップの構成を示す平面図である。
【符号の説明】
1 半導体チップ
1c 回路形成面
2 第1絶縁層
3 再配線層
4 第2絶縁層
5 入出力端子
6 接続パッド
7 半田ボール
8 Cu層
8a Cuめっき層
8b Cuスパッタ層
9 Ni層
10 めっき層
11 開口部(ビア孔)
20 回路基板
21 接続パッド
22 半田ペースト(クリームはんだ)
23 ソルダレジスト
24 アンダーフィル樹脂
30 半導体ウエハ
31 半導体集積回路
33 光
35 フォトレジスト
36 フォトマスク
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップが実装された半導体装置に関するものであり、さらに詳しくはボール半田を用いないCSP実装技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の電子情報機器の高性能、高機能化、携帯化の要求により、電子情報機器に用いられる半導体装置には高速化、高容量化とともに小型化、薄型化、軽量化が重要な開発課題になっている。この半導体装置の小型化にはChip Size Package(Chip Scale Packageともいう。以下、CSPとする)が用いられている。CSPではチップサイズと同程度の大きさの半導体パッケージを実現するために半導体チップを裏返して半導体チップの接続端子と回路基板の接続端子を対向させて接続を行うフリップチップ実装が行われている。このフリップチップ実装ではBGA(Ball Grid Array)に代表されるように半導体チップの接続パッドに設けられた半田ボールが用いられている。
【0003】
この従来の半田ボールにより実装される半導体装置の構成の一例を図12及び図13を用いて説明する。図12は半導体集積回路が形成された半導体ウェハからダイシングされた後の半導体チップの構成を示す平面図であり、図13はその断面図である。ここで1は半導体チップ、1cは回路形成面、2は第1絶縁層、3は再配線層、4は第2絶縁層、5は入出力端子、6は接続パッド、7は半田ボールである。
【0004】
半導体チップ1の回路形成面1cには入出力端子5が形成されている。この入出力端子5は半導体チップ1の内部集積回路と電気的に接続されている。また入出力端子5は半導体チップ1内に形成されている場合もある。この入出力端子5の上には第1絶縁層2が形成されている。第1絶縁層2の開口部には再配線層3が形成され、入出力端子5と接続されている。さらに、第1絶縁層2及び再配線層3の上には第2絶縁層4が形成されている。再配線層3において第2絶縁層4の開口部にあたる場所が接続パッド6となる。この再配線層3には電気的特性の良さから主にCuが用いられている。また、このCu層は析出速度の速さから電界めっき又は無電解めっき等のめっき工程により形成される。またAuめっきを用いる方法もあるが、析出速度が遅く、厚膜を形成することができない。Cu原子の拡散を防ぐためにCuめっきの上にバリア膜としてNi層やTi層等を形成するものもある。そして、この接続パッド6の上には半田ボール7が設けられ、リフロー工程により対向する回路基板と接続される。
【0005】
図13に示すように半導体チップ1の全面には多数の接続パッド6及び半田ボール7が設けられている。半導体装置の高機能化により1つのチップに設けられている接続パッド6の数は増え、さらに半導体チップの小型化により接続パッドを高密度化する必要がある。
【0006】
しかし、従来の半田ボールを用いた実装では以下のような問題点があった。半田ボール7のサイズは通常0.2mm程度である。そのため接続パッドのピッチを半田ボールのサイズと同程度まで狭くすると隣接する半田ボール7が接触してしまい、接続パッド同士が導通してしまっていた。従って、接続パッドのピッチを狭くすることができず、接続パッド数を増やすことが出来なかった。また通常、半田ボールはダイシングされる前のウエハ状態で半田ボール搭載装置により形成される。しかし半田ボールの大きさ分だけ、ダイシングされる領域からマージンをもって接続パッドを形成しなければならなかった。従って、接続パッドを設ける領域の面積が減ってしまっていた。このように半田ボールが高密度化の妨げとなってしまうという問題点があった。
【0007】
さらに半田ボール7の厚さは半導体チップや回路基板と比較して、同程度の厚みがあり薄型化の妨げにもなるという問題点があった。またCuやNiが表面にさらされていると酸化膜が形成され、配線の電気的特性が劣化するといった問題点もあった。さらに基板に搭載した半導体チップをリフロー等により再加熱処理を行う場合、接続部の半田が熱により膨張することでアンダーフィル樹脂に亀裂が生じることがあった。これにより、隣接する接続部の半田とショートする「フラッシング」と呼ばれる現象が生じ、基板との接続信頼性が低下するといった問題点もあった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の半田ボールを用いた半導体装置の実装方法では、半田ボール自体が接続パッドの高密度化、薄型化及び接続信頼性向上の妨げになるという問題点があった。
【0009】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、接続パッドの高密度化、薄型化が可能な半導体ウェハ及び半導体チップ並びに半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる半導体チップは対向する基板(例えば、本発明の実施の形態にかかる回路基板20)の接続パッド(例えば、本発明の実施の形態にかかる回路基板用接続パッド21)上に設けられた半田ペースト(例えば、本発明の実施の形態にかかる半田ペースト22)により前記基板に直接実装される半導体チップであって、前記半導体チップに設けられた半導体回路に信号を入出力する端子(例えば、本発明の実施の形態にかかる入出力端子5)と、前記半導体チップの回路形成面上に設けられた第1の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第1絶縁層2)と、前記端子と電気的に接続された再配線層(例えば、本発明の実施の形態にかかる再配線層3)と、前記再配線層を覆うように形成された第2の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第2絶縁層4)と、前記第2の絶縁層の開口部に設けられ、前記再配線層と接続されるめっき層(例えば、本発明の実施の形態にかかるめっき層10)を備えたものである。これにより、接続パッドの高密度化及び半導体チップが実装された半導体装置の薄型化を図ることができる。
【0011】
本発明にかかる半導体チップは回路形成領域を有する半導体チップであって、前記回路形成領域の半導体回路に信号を入出力する端子(例えば、本発明の実施の形態にかかる入出力端子5)と、前記回路形成領域上に設けられた第1の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第1絶縁層2)と、前記第1の絶縁層上に形成され前記端子と電気的に接続された再配線層(例えば、本発明の実施の形態にかかる再配線層3)と、前記再配線層を覆うように形成された第2の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第2絶縁層4)と、前記第2の絶縁層の開口部に設けられ、前記再配線層と接続されるめっき層(例えば、本発明の実施の形態にかかるめっき層10)を備え、前記めっき層が当該半導体チップを搭載する基板と接続され、当該めっき層の表面が錫又は錫合金により形成されているものである。これにより、接続パッドの高密度化及び半導体チップが実装された半導体装置の薄型化を図ることができる。
【0012】
上記の半導体チップにおいて、前記再配線層が複数の工程で形成されており、その最下層にスパッタ法又は蒸着法により形成された導電層(例えば、本発明の実施の形態にかかるCuスパッタ層8a)を備えることが望ましい。これにより再配線層の密着性を向上することが出来る。
【0013】
上述の半導体チップにおいて、前記再配線層の最上層にバリア層(例えば、本発明の実施の形態にかかるNi層9)を備えていてもよい。これにより、再配線層内の原子がめっき層へ拡散するのを防ぐことができる。
【0014】
上記の半導体チップは前記バリア層が前記再配線層上の略全面に設けられていることが望ましい。これにより、再配線層内の原子が第2の絶縁層に拡散するのを防ぐことができる。
【0015】
本発明にかかる半導体ウェハは対向する基板(例えば、本発明の実施の形態にかかる回路基板20)の接続パッド(例えば、本発明の実施の形態にかかる接続パッド21)上に設けられた半田ペースト(例えば、本発明の実施の形態にかかる半田ペースト22)により前記基板に直接実装される半導体チップ(例えば、本発明の実施の形態にかかる半導体チップ1)が切り出される前の半導体ウエハであって、前記半導体チップに設けられた半導体回路に信号を入出力する端子(例えば、本発明の実施の形態にかかる入出力端子5)と、前記半導体ウエハの回路形成面上に設けられた第1の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第1絶縁層2)と、前記端子と電気的に接続された再配線層(例えば、本発明の実施の形態にかかる再配線層3)と、前記再配線層を覆うように形成された第2の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第2絶縁層4)と、前記第2の絶縁層の開口部に設けられ、前記再配線層と接続されるめっき層(例えば、本発明の実施の形態にかかるめっき層10)を備えたものである。これにより、接続パッドの高密度化及び半導体装置の薄型化を図ることが出来る。
【0016】
上記の半導体ウェハにおいて、前記再配線層が複数の工程で形成されており、その最下層にスパッタ法又は蒸着法により形成された導電層(例えば、本発明の実施の形態にかかるCuスパッタ層8a)を備えることが望ましい。これにより再配線層の密着性を向上することが出来る。
【0017】
上述の半導体ウェハにおいて、前記再配線層の最上層にバリア層(例えば、本発明の実施の形態にかかるNi層9)を備えていてもよい。これにより、再配線層内の原子がめっき層へ拡散するのを防ぐことができる。
【0018】
上記の半導体ウェハは前記バリア層が前記再配線層上の略全面に設けられていることが望ましい。これにより、再配線層内の原子が第2の絶縁層に拡散するのを防ぐことができる。
【0019】
本発明にかかる半導体装置は接続パッド(例えば、本発明の実施の形態にかかる回路基板用接続パッド21)が設けられた基板(例えば、本発明の実施の形態にかかる回路基板20)に半導体チップが実装される半導体装置であって、前記半導体チップに設けられた半導体回路に信号を入出力する端子(例えば、本発明の実施の形態にかかる入出力端子5)と、前記半導体チップは回路形成面上に設けられた第1の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第1絶縁層2)と、前記端子と電気的に接続された再配線層(例えば、本発明の実施の形態にかかる再配線層3)と、前記再配線層を覆うように形成された第2の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第2絶縁層4)と、前記第2の絶縁層の開口部に設けられ、前記再配線層と接続されるめっき層(例えば、本発明の実施の形態にかかるめっき層10)を備え、前記接続パッド上に設けられた半田ペースト(例えば、本発明の実施の形態にかかる半田ペースト22)により前記めっき層が接続されているものである。これにより、接続パッドの高密度化及び半導体チップが実装された半導体装置の薄型化を図ることができる。
【0020】
前記半田ペーストをリフローすることにより前記基板と前記半導体チップが接続されることが望ましい。これにより、半導体チップの実装を精度よく行うことができる。
【0021】
上記の半導体装置において、前記再配線層が複数の工程で形成されており、その最下層にスパッタ法又は蒸着法により形成された導電層(例えば、本発明の実施の形態にかかるCuスパッタ層8a)を備えることが望ましい。これにより再配線層の密着性を向上することが出来る。
【0022】
上述の半導体装置において、前記再配線層の最上層にバリア層(例えば、本発明の実施の形態にかかるNi層9)を備えていてもよい。これにより、再配線層内の原子がめっき層へ拡散するのを防ぐことができる。
【0023】
前記バリア層が前記再配線層上の略全面に設けられていることが望ましい。これにより再配線層内の原子が第2の絶縁層へ拡散するのを抑制することが出来る。
【0024】
本発明にかかる半導体ウェハの製造方法は対向する基板の接続パッド上に設けられた半田ペーストにより前記基板に直接実装される半導体チップが切り出される前の半導体ウエハの製造方法であって、前記半導体ウェハの回路形成面上に第1の絶縁層を形成するステップと、前記半導体チップに形成された半導体回路に信号を入出力する端子と電気的に接続された再配線層を形成するステップと、前記再配線層を覆う第2の絶縁層を形成するステップと、前記第2の絶縁層の開口部に前記再配線層と接続されるめっき層を設けるステップを有するものである。これにより、接続パッドの高密度化及び半導体チップが実装された半導体装置の薄型化を図ることができる。
【0025】
上述の前記再配線層を形成するステップにおいて、当該再配線層の最下層に導電層をスパッタ法又は蒸着法により形成するステップをさらに有することが望ましい。これにより再配線層の密着性を向上することが出来る。
【0026】
上述の前記再配線層を形成するステップにおいて、当該再配線層の最上層にバリア層を形成するステップをさらに有することが望ましい。これにより、再配線層内の原子がめっき層へ拡散するのを防ぐことができる。
【0027】
本発明にかかる半導体チップの製造方法は上述の半導体ウェハの製造方法の後に、当該半導体ウェハをダイシングするステップをさらに有するものである。これにより、接続パッドの高密度化及び半導体チップが実装された半導体装置の薄型化を図ることができる。
【0028】
本発明にかかる半導体装置の製造方法は基板上に半導体チップが搭載された半導体装置の製造方法であって、前記半導体チップの回路形成面上に第1の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第1絶縁層2)を形成するステップと、前記半導体チップに形成された半導体回路に信号を入出力する端子(例えば、本発明の実施の形態にかかる入出力端子5)と電気的に接続された再配線層(例えば、本発明の実施の形態にかかる再配線層3)を形成するステップと、前記再配線層を覆う第2の絶縁層(例えば、本発明の実施の形態にかかる第2絶縁層4)を形成するステップと、前記第2の絶縁層の開口部に前記再配線層と接続されるめっき層(例えば、本発明の実施の形態にかかるめっき層10)を設けるステップと、前記基板上の接続パッドに半田ペースト(例えば、本発明の実施の形態にかかる半田ペースト22)を塗布するステップと、前記半導体チップにおいて前記めっき層が設けられた面と前記基板において前記半田ペーストが設けられた面を対向させ、前記半田ペーストと前記めっき層を接続するステップを有するものである。これにより、接続パッドの高密度化及び半導体チップが実装された半導体装置の薄型化を図ることができる。
【0029】
上記の半導体装置の製造方法において前記半田ペーストを塗布するステップがスクリーン印刷により行われることが望ましい。これにより一括して半田ペーストを基板に塗布することができるため、生産性を向上することが出来る。
【0030】
上述の半導体装置の製造方法では前記再配線層を形成するステップにおいて、当該再配線層の最下層に導電層をスパッタ法又は蒸着法により形成するステップをさらに有することが望ましい。これにより再配線層の密着性を向上することができる。
【0031】
上述の半導体装置の製造方法では前記再配線層を形成するステップにおいて、当該再配線層の最上層にバリア層を形成するステップをさらに有することが望ましい。これにより、再配線層内の原子の拡散を抑制することが出来る。
【0032】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
本発明にかかる半導体チップの再配線層の構成について図1を用いて説明する。図1は半導体チップの再配線層の構成を示す断面図である。ここで1は半導体チップ、1cは回路形成面、2は第1絶縁層、3は再配線層、4は第2絶縁層、6は接続パッド、8はCu層、9はNi層、10はめっき層、11は開口部(ビア孔)である。この半導体チップが対向する回路基板に実装される。この半導体チップ1がダイシングされる前は、図4に示されるように半導体ウエハ30に複数設けられている。そして、それぞれの半導体チップ1に半導体集積回路31が形成されている。
【0033】
この半導体チップ1に設けられた半導体集積回路31の上には図1に示すように保護層としてポリイミド等の樹脂からなる第1絶縁層2が形成される。第1絶縁層2の上にはCu層8が形成され、その上にはバリア層としてNi層9が形成されている。このNi層9はCuの拡散を防ぎ、さらには密着性及び耐熱性をもたせる役割を果たしている。このCu層8及びNi層9が図13で示したような再配線層3となり半導体集積回路31の入出力端子5に接続されている。またCu層8は後に説明するようにスパッタ法により形成されたCuスパッタ層の上に電解めっき法により形成されたCuめっき層の2層で構成されている。
【0034】
そして、その上からポリイミド等の樹脂からなる第2絶縁層4が形成されている。また第2絶縁層4の対向する回路基板と接続される部分には開口部11が設けられる。この開口部11にはめっき層10が形成される。
【0035】
図1に示す実施の形態ではめっき層10は第2絶縁層4より低く形成されており、第2絶縁層4の表面からくぼんだ形状になっている。また図2に示すようにめっき層10が第2絶縁層の表面と同じ高さにあってもよく、さらには図3に示すようにめっき層10が第2絶縁層4の表面より高くてもよい。第2絶縁層4を形成した後に、めっき層10を形成することにより、図2、図3に示すような構成を容易に製造することが出来る。すなわちスパッタ法や蒸着法により形成すると全面に導電層が形成されてしまい、パターニングする工程が増えてしまう。しかし、めっき法により形成すれば、Ni層9が設けられている開口部(ビア孔)にのみ形成されるためパターニングする工程を増やすことなくめっき層10を形成することができる。このめっき層10が図13に示されるような接続パッド6となる。
【0036】
この半導体チップ1の再配線層を形成する工程について図5を用いて説明する。図5は再配線層が形成されていく過程を示した半導体チップ1の断面図である。図1で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すので説明を省略する。ここで5は入出力端子、35はフォトレジスト、36はフォトマスクである。また8aはCuスパッタ層、8bはCuめっき層である。Cuスパッタ層8aとCuめっき層8bがCu層8を形成している。
【0037】
まず半導体ウエハの状態で半導体集積回路用の入出力端子5が設けられている半導体チップ1上に保護膜として第1絶縁層2を形成する。この第1絶縁層2はポリイミドフィルムに接着剤をまぜたものを塗布乾燥した後、ラミネーションすることにより形成される。また入出力端子5に対応する部分の第1絶縁層2はパターニングにより、除去されている。その上からCuスパッタ層8aをスパッタ法により形成する。なお、スパッタの代わりに蒸着法により形成してもよい。ここで図5(a)に示す状態となる。なお入出力端子5は半導体ウェハの回路形成面1c上に設けられていてもよい。
【0038】
図5(b)に示すように、その上からフォトレジスト35を塗布し、所定パターンのフォトマスク36の上から光33を照射して露光する。そして現像処理を行ない、露光された部分のフォトレジスト35を除去する。ここで図5(c)に示す状態となる。なお上述の説明ではポジ型のフォトレジスト35で説明したが、ネガ型のフォトレジストを用いてもよい。
【0039】
このフォトレジスト35の上からCuスパッタ層8aを電極にして電解めっき法によりCuめっき層8bを形成する。同様にその上からバリア層であるNi層9を電解めっき法により形成する。ここで図5(d)に示す状態となる。なおスパッタ層8aはめっき層とその下地層との密着性を上げるために形成されており、電解めっき法の電極にすることもできる。ただしスパッタ法による成膜速度はめっき法による析出速度と比べて遅いため、電気的特性を上げるためにCu層8を厚くする必要がある。そのためCuスパッタ層8aと上にCuめっき層8bが形成され、この2層によりCu層8が形成される。またCuスパッタ層8aはCuめっき層8bのCuの拡散を防ぐこともできる。なお、めっき法は電解めっき法にかぎらず、無電解めっき法、溶融めっき法により形成してもよい。
【0040】
そしてフォトレジスト35を除去すると図5(e)の状態になる。この後にCuスパッタ層8aを選択的にエッチングすると図5(f)に示す状態になる。この場合、Cuめっき層8bの上にNi層9が設けられているためにCuスパッタ層8aの選択性エッチングを容易に行うことが出来る。またNi層9をCuスパッタ層8aより充分厚く形成して、非選択性のエッチングを行っても良い。この場合、Cuスパッタ層8aの分だけNi層を厚くする必要がある。このCu層8とNi層9が図13に示すような再配線層3を形成することになる。このNi層9により、後の工程で形成される錫からなるめっき層10にCuが拡散するのを防ぐことができる。また、めっき層10との密着性及び耐熱性を向上することができる。
【0041】
次に、その上に直接回路基板と接続されるめっき層10を形成する工程について図6を用いて説明する。図6は図5の続きの形成過程を示した半導体チップ1の断面図である。図1、図5で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すため説明を省略する。図5(f)の状態から、さらに第2絶縁層4を形成する。この第2絶縁層4には感光性樹脂が用いられる。この後、基板側の接続端子に接続するために、露光、現像工程により第2絶縁層4に開口部11(ビア孔)を設ける。この状態が図6(g)の状態になる。
【0042】
その上から電解めっき法により、めっき層10を形成すると図6(h)に示す状態となる。このめっき層10の材質は錫であり、電解めっき法以外にも無電解めっき法、溶融めっき法などにより形成することもできる。いずれのめっき法でも同様の効果を得ることができる。なお、この詳細な形成方法の一例が、特開2000−265294号公報により開示されている。このめっき層10が回路基板側と接続される接続パッド6となり、この接続パッド6と半導体チップ1に設けられた半導体集積回路の入出力端子5がCu層8及びNi層9からなる再配線層3により電気的に接続される。また錫からなるめっき層10が上から形成されるため、Ni層が露出される時間を短くすることができる。そのため、酸化膜の形成が抑制され、濡れ性が向上する。よって、電気的特性の劣化を防ぐことが出来る。まためっき層10に用いられる材質は錫めっき以外にも鉛、銀、亜鉛、ニッケル、コバルト、ビスマス、アンチモン、インジウム等を含む錫合金でもよい。
【0043】
以上の工程の後、半導体ウェハ30がダイサーによりダイシングされ半導体チップ1になる。これらの製造工程はすべて切り出される前のウエハ状態で形成することが出来る。そのため、半導体チップ1上にパッケージするための構成を容易に形成することができ、生産性を落とすことがない。さらに半田ボール搭載工程及び半田ボールを半導体チップに設けるためのリフロー工程を削減することができる。これにより、製造工程を削減することができ、生産性を向上させることができる。また半田ボールを用いないため、接続パッドの高密度化を図ることが出来る。従って、半導体装置の小型化、高機能化に対応することができる。
【0044】
次に図7により回路基板に半導体チップ1が実装される工程について説明する。図7は回路基板上の接続パッドと半導体チップが接続される工程を示した断面図である。半導体チップ1が裏返されフリップチップ実装される過程を示している。ここで20は回路基板、21は回路基板用接続パッド、22は半田ペースト(クリームはんだ)、23はソルダレジスト、24はアンダーフィル樹脂である。
【0045】
まず接続される回路基板20について説明する。回路基板20には配線がプリントされており、その他にコンデンサー、抵抗、トランジスタなどの電子部品が設けられている。ここで用いる回路基板20は、半導体チップ1を搭載することができればよく、その形状、機能等は特に指定されない。回路基板20上の半導体チップ1と接続される部分には回路基板用接続パッド21が形成されている。この回路基板用接続パッド21とその周辺部分の必要部分以外にはんだが付着しないように、ソルダレジスト23をソルダレジスト印刷により形成する。そしてスクリーン印刷により回路基板用接続パッド21とその周辺部に半田ペースト22が塗布する。半田ペースト22は粉状のはんだにフラックスや粘結剤等をいれてペースト状にしたものであり、スクリーン印刷に適しているため回路基板20上に容易に塗布することが出来る。はんだの材料には鉛―錫はんだ、鉛フリーはんだが用いられる。半田ペースト22は回路基板上に一括して形成することができるため半田ボールよりも生産性が高い。
【0046】
この回路基板20と半導体チップ1の接続面を対向させ、接続される位置に合わせる。そしてリフロー(再加熱)すると半田ペースト22が溶融し、めっき層10と接続される。図7に示すように回路基板20と半導体チップ1の位置にずれが生じていても、半田ペースト22が接続する際にセルフアライメント効果により図8に示すように所定の位置で実装される。このセルフアライメント効果は半田ペースト22の表面張力により、接続パッド6と回路基板用接続パッド21の位置が接近するものである。そして回路基板20と半導体チップ1の間に実装における接続強度を向上させるためのアンダーフィル樹脂24が設けられる。
【0047】
このセルフアライメント効果を高めるためには、図3に示すようなにめっき層10が第2絶縁層4より高いことが望ましい。この突出した部分を例えば数μm程度設けることが好適である。めっき層10の突出した部分により、回路基板用接続パッド上の半田ペースト22が容易に接続することができる。また半田ボールを使用しないために容易にめっき層10の高さを第2絶縁層4より高くすることができる。なお図1、図2に示すようなめっき層10と第2絶縁層4の高さ関係でもセルフアライメント効果を得ることはできる。
【0048】
さらに本発明では半田ボールが回路基板20と半導体チップ1の間に設けられていないので半導体装置の薄型化を図ることができる。すなわち突出した部分(数μm)は半田ボールのサイズ(約0.2mm)に比べて非常に薄いため、半導体装置の薄型化を図ることが可能である。また電解めっき法により形成されるため、そのめっき層10の厚さを容易に制御することが出来る。さらにめっき層10の材質が酸化膜の形成されにくい錫であるため、はんだの濡れ性が向上し接続性、電気的特性が向上する。また半田ペースト22とめっき層10の材質が錫を主成分としているために密着性を良くすることもできる。
【0049】
また、半田ボール搭載を行わないため、コスト低減、生産性向上を図ることが出来る。さらに、半田ボール搭載装置が必要なくなるために設備投資費用を低減することが出来る。また半田ボールが搭載されていないため、ダイシングする工程で半田ボールのサイズに影響されることがない。そのため、接続パッドの狭ピッチ化を図ることができる。さらにチップ周辺まで接続パッドを設けることができ、配置可能領域を拡大することができる。これにより高密度化がされた配線設計を行うことができる。また接続パッドをダイシングされる領域の近傍に設けることが可能になるため、回路設計上の制約がなくなるというメリットもある。また、半田ボールを半導体チップに搭載していた従来例と比較して接続用の半田の量を少なくして接続することが可能になる。これにより、熱膨張を抑制することができ、「フラッシング」による実装トラブルを防止することが可能になる。
【0050】
なお上述の製造過程ではNi層9、第2絶縁層4、めっき層10の順番で形成したが、Ni層9、めっき層10、第2絶縁層4の順番で形成してもよい。その場合、図5(d)の工程に続けて、めっき層10を形成する。続けて、開口部11に対応する部分にのみめっき層10が形成されるように、レジストパターンを形成する。レジストパターンの形成はレジスト塗布、露光、現像により行われる。この後に開口部以外の不要な部分のめっき層10のエッチングする。さらにその後に第2絶縁層4を設けて、めっき層10が露出するように露光、現像、第2絶縁層の除去等を行う。このような製造工程でも、図1〜図3に示すような構成の半導体チップを得ることができ、同様の効果が得られる。
【0051】
実施の形態2.
本発明の実施の形態2にかかる半導体チップの構成について図9を用いて説明する。図9は半導体チップの構成を示す断面図である。図1で付した符号と同一の符号を付した構成を同一の構成を示すため説明を省略する。ここでは実施の形態1にかかる半導体チップとの差異について説明する。
【0052】
本実施の形態ではNi層9が設けられておらず、Cu層8とめっき層10が接している点で実施の形態1と異なる。バリア層であるNi層9を形成しないことにより、製造工程数を削減することができ、生産性の向上につながる。この場合、めっき層10の材質にNiを用いてもよい。この場合、はんだ濡れ性は錫めっきより悪いがめっき工程を1工程減らすことが出来るため、生産性、コストの面では有利である。もちろんめっき層10に錫めっきを用いて、Cu層8と接触させてもよい。また本実施の形態にかかる半導体チップは実施の形態1で示した製造工程と同様の製造工程で製造することが出来る。なお、本実施の形態にかかる半導体チップの回路基板への実装方法も実施の形態1と同様である。
【0053】
本実施の形態にかかる半導体チップも実施の形態1と同様に回路基板上に実装される。従って、図11に示すように第2絶縁層4よりめっき層10が高いほうがセルフアライメントの効果が大きくなる。なお実施の形態1と同様に第2絶縁層4とめっき層10の高さが同じ図10に示す構成でもよい。本発明では接続パッド6がめっき法により構成されるのでその高さ調整を容易に行うことが出来る。まためっき法は電解めっき法、無電解めっき法、溶融めっき法のいずれの方法を用いてもよい。
【0054】
その他の実施の形態.
上述の実施の形態では入出力端子5が設けられている部分の第1絶縁層2はパターニングによりビア孔を設けているが、第1絶縁層を異方性導電膜(ACF)で形成しても良い。これによりパターニングする工程を削減することが出来る。なお第2絶縁層についても同様である。また絶縁層には感光性樹脂を用いて露光することによりビア孔を形成したが、レーザードリリングによりビア孔を形成してもよい。なお感光性以外の樹脂を用いてもよい。
【0055】
なお上述の実施の形態で示しためっき法は電解めっき法、無電解めっき法、溶融めっき法のいずれを用いてもよく、めっき層10には錫めっき、錫合金めっきを用いることが望ましい。これにより、回路基板20上の半田ペースト22と導材質で形成されるため、密着性を向上させることが出来る。まためっき層10の材質は錫めっき、錫合金めっきの他にもNiめっき、半田めっき、金メッキ等でもよい。またCuめっき層8bの下にCuスパッタ層8aを形成しなくても本発明の効果を得ることができる。この場合、スパッタ工程を減らすことが出来るため生産効率が良くなる。なお、図1で示したNi層9はCuの拡散の抑制及び密着性、耐熱性の向上等バリア層としての役割を果たす材質であることが望ましい。例えば、Ni以外にもTiやTa等で形成しても良い。またバリア層はめっき層10と接触する部分にのみ設けられていても良い。これによりめっき層10にCuが拡散するのを防ぐことが出来る。もちろん、バリア層が再配線層3全域に設けられていてもよい。これにより、Cuの拡散を防ぐことができる。
【0056】
上述の実施の形態で示した半田ペーストには錫―鉛はんだや鉛フリーはんだを用いることが出来る。鉛フリーはんだは鉛(Pb)を有していないはんだのことであり、人体や環境への影響が少ない。鉛フリーはんだには錫(Sn)を主成分としてビスマス(Bi)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)、銅(Cu)、インジウム(In)などで構成される。
【0057】
また入出力端子5は半導体集積回路に入力のみ行う入力端子又は出力のみ行う出力端子でもよい。本発明にかかる半導体装置に用いられる回路基板20には半導体チップを実装することが出来ればよく、配線が形成されている配線基板、抵抗、コンデンサー、トランジスター、LSI、IC等の電子部品が実装されている回路基板、プリント配線基板等が用いられる。上述の実施の形態で示した半導体装置は半導体チップが設けられる領域以外に接続部分がはみ出さないため、CSPに用いることが好適である。これにより、小型化がなされた半導体装置のパッケージングを容易に行うことができる。
【0058】
【発明の効果】
本発明によれば、接続パッドの高密度化、薄型化及び高い接続信頼性の実現が可能な半導体ウェハ及び半導体チップ並びに半導体装置とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1にかかる半導体チップの構成を示す断面図である。
【図2】本発明の実施の形態1にかかる半導体チップの別の構成を示す断面図である。
【図3】本発明の実施の形態1にかかる半導体チップの別の構成を示す断面図である。
【図4】本発明にかかる半導体チップがダイシングされる前のウエハ状態の構成を示す平面図である。
【図5】本発明にかかる半導体チップの製造過程を示す断面図である。
【図6】本発明にかかる半導体チップの製造過程を示す断面図である。
【図7】本発明の実施の形態1にかかる半導体装置が実装される過程を示す断面図である。
【図8】本発明の実施の形態1にかかる半導体装置が実装された状態を示す断面図である。
【図9】本発明の実施の形態2にかかる半導体チップの構成を示す断面図である。
【図10】本発明の実施の形態2にかかる半導体チップの別の構成を示す断面図である。
【図11】本発明の実施の形態2にかかる半導体チップの別の構成を示す断面図である。
【図12】従来の半導体チップの構成を示す断面図である。
【図13】半導体チップの構成を示す平面図である。
【符号の説明】
1 半導体チップ
1c 回路形成面
2 第1絶縁層
3 再配線層
4 第2絶縁層
5 入出力端子
6 接続パッド
7 半田ボール
8 Cu層
8a Cuめっき層
8b Cuスパッタ層
9 Ni層
10 めっき層
11 開口部(ビア孔)
20 回路基板
21 接続パッド
22 半田ペースト(クリームはんだ)
23 ソルダレジスト
24 アンダーフィル樹脂
30 半導体ウエハ
31 半導体集積回路
33 光
35 フォトレジスト
36 フォトマスク
Claims (22)
- 対向する基板の接続パッド上に設けられた半田ペーストにより前記基板に直接実装される半導体チップであって、
前記半導体チップに設けられた半導体回路に信号を入出力する端子と、
前記半導体チップの回路形成面上に設けられた第1の絶縁層と、
前記端子と電気的に接続された再配線層と、
前記再配線層を覆うように形成された第2の絶縁層と、
前記第2の絶縁層の開口部に設けられ、前記再配線層と接続されるめっき層を備えた半導体チップ。 - 回路形成領域を有する半導体チップであって、
前記回路形成領域の半導体回路に信号を入出力する端子と、
前記回路形成領域上に設けられた第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上に形成され前記端子と電気的に接続された再配線層と、
前記再配線層を覆うように形成された第2の絶縁層と、
前記第2の絶縁層の開口部に設けられ、前記再配線層と接続されるめっき層を備え、
前記めっき層が半導体チップを搭載する基板と接続され、当該めっき層の表面が錫又は錫合金により形成される半導体チップ。 - 前記再配線層が複数の工程で形成されており、その最下層にスパッタ法又は蒸着法により形成された導電層を備える請求項1又は2いずれかに記載の半導体チップ。
- 前記再配線層の最上層にバリア層を備える請求項1乃至3いずれかに記載の半導体チップ。
- 前記バリア層が前記再配線層上の略全面に設けられていることを特徴とする請求項4記載の半導体チップ。
- 対向する基板の接続パッド上に設けられた半田ペーストにより前記基板に直接実装される半導体チップが切り出される前の半導体ウエハであって、
前記半導体チップに設けられた半導体回路に信号を入出力する端子と、
前記半導体ウエハの回路形成面上に設けられた第1の絶縁層と、
前記端子と電気的に接続された再配線層と、
前記再配線層を覆うように形成された第2の絶縁層と、
前記第2の絶縁層の開口部に設けられ、前記再配線層と接続されるめっき層を備えた半導体ウエハ。 - 前記再配線層が複数の工程で形成されており、その最下層がスパッタ法又は蒸着法により形成された導電層であることを特徴とする請求項6記載の半導体ウエハ。
- 前記再配線層の最上層にバリア層を備える請求項6又は7いずれかに記載の半導体ウエハ。
- 前記バリア層が前記第再配線層上の略全面に設けられていることを特徴とする請求項8記載の半導体ウェハ。
- 接続パッドが設けられた基板に半導体チップが実装される半導体装置であって、
前記半導体チップに設けられた半導体回路に信号を入出力する端子と、
前記半導体チップは回路形成面上に設けられた第1の絶縁層と、
前記端子と電気的に接続された再配線層と、
前記再配線層を覆うように形成された第2の絶縁層と、
前記第2の絶縁層の開口部に設けられ、前記再配線層と接続されるめっき層を備え、
前記接続パッド上に設けられた半田ペーストにより前記めっき層が接続されている半導体装置。 - 前記半田ペーストをリフローすることにより前記基板と前記半導体チップが接続される請求項10記載の半導体装置
- 前記再配線層が複数の工程で形成されており、その最下層がスパッタ法又は蒸着法により形成された導電層であることを特徴とする請求項10又11はいずれかに記載の半導体装置。
- 前記再配線層の最上層にバリア層を備える請求項10乃至12いずれかに記載の半導体装置。
- 前記バリア層が前記めっき層上の略全面に設けられていることを特徴とする請求項13記載の半導体ウェハ。
- 対向する基板の接続パッド上に設けられた半田ペーストにより前記基板に直接実装される半導体チップが切り出される前の半導体ウエハの製造方法であって、
前記半導体ウェハの回路形成面上に第1の絶縁層を形成するステップと、
前記半導体チップに形成された半導体回路に信号を入出力する端子と電気的に接続された再配線層を形成するステップと、
前記再配線層を覆う第2の絶縁層を形成するステップと、
前記第2の絶縁層の開口部に前記再配線層と接続されるめっき層を設けるステップを有する半導体ウェハの製造方法。 - 前記再配線層を形成するステップにおいて、当該再配線層の最下層に導電層をスパッタ法又は蒸着法により形成するステップをさらに有する請求項15記載の半導体ウェハの製造方法。
- 前記再配線層を形成するステップにおいて、当該再配線層の最上層にバリア層を形成するステップをさらに有する請求項15又は16いずれかに記載の半導体ウェハの製造方法
- 請求項15乃至16いずれか記載の半導体ウェハの製造方法の後に、当該半導体ウェハをダイシングするステップを有する半導体チップの製造方法。
- 基板上に半導体チップが搭載された半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップの回路形成面上に第1の絶縁層を形成するステップと、
前記半導体チップに形成された半導体回路に信号を入出力する端子と電気的に接続された再配線層を形成するステップと、
前記再配線層を覆う第2の絶縁層を形成するステップと、
前記第2の絶縁層の開口部に前記再配線層と接続されるめっき層を設けるステップと、
前記基板上の接続パッドに半田ペーストを塗布するステップと、
前記半導体チップにおいて前記めっき層が設けられた面と前記基板において前記半田ペーストが設けられた面を対向させ、前記半田ペーストと前記めっき層を接続するステップを有する半導体装置の製造方法。 - 前記半田ペーストを塗布するステップがスクリーン印刷により行われることを特徴とする請求項19記載の半導体装置の製造方法。
- 前記再配線層を形成するステップにおいて、当該再配線層の最下層に導電層をスパッタ法又は蒸着法により形成するステップをさらに有する請求項19又は20いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記再配線層を形成するステップにおいて、当該再配線層の最上層にバリア層を形成するステップをさらに有する請求項19乃至21いずれかに記載の半導体装置の製造方法
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