JP2004193456A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP2004193456A JP2002361889A JP2002361889A JP2004193456A JP 2004193456 A JP2004193456 A JP 2004193456A JP 2002361889 A JP2002361889 A JP 2002361889A JP 2002361889 A JP2002361889 A JP 2002361889A JP 2004193456 A JP2004193456 A JP 2004193456A
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Toshihiko Ito
俊彦 伊藤
Takanao Suzuki
孝直 鈴木
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Fujikura Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device, while reducing the manufacturing and materials cost lowered by decreasing the number of manufacturing steps, in a manufacturing process of resin protrusions formation on a wafer. <P>SOLUTION: In this method for manufacturing the semiconductor device, an insulating layer is formed on the wafer provided with an electrode, an opening is provided on the insulating layer-covered electrode, a conducting material pattern is formed extending from the exposed electrode to the resin protrusions formed on the insulating material, and a solder bump is mounted on the resin protrusions patterned in this manner for the formation of an electrode terminal in a direction perpendicular to the wafer. In the resin protrusions formation process of this method, since the resin protrusions are formed at a given location on the insulating layer, by directly depositing a liquid resin discharged from a fine nozzle onto the insulating layer, the conventionally indispensable steps of resin application, exposure, and development are dispensed with. As a result, the resin-built protrusion formation time is shortened. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特にシリコンウエハ上に形成される樹脂製突部の高さバラツキ、樹脂の歩留まり、及び半導体チップの信頼性を向上させる半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体パッケージ構造として、例えば半導体チップを樹脂により一体化したパッケージ(いわゆるDIP(Dual Inline Package)やQFP(Quad FlatPackage))が主流となっている。これら半導体パッケージは、半導体チップの周囲側面に金属性リード電極を配置し、この半導体チップと金属性リード電極とをワイヤボンディングにより接続して、その後樹脂で封止してなるものである。
【0003】
これに対して近年急速に普及している半導体パッケージ構造として、例えばCSP(Chip Size Package)と呼ばれるパッケージがある。CSPは、半導体パッケージの平坦な広域表面に、はんだをボール状にした電極を格子状に配置した、いわゆるBGA(Ball grid array)技術の採用により、同一電極端子数を持つ同一投影面積の半導体チップを、従来よりも小さい面積でプリント配線基板上に高密度に実装可能とするものである。
【0004】
つまり、BGA技術を利用した半導体パッケージは、パッケージの面積が半導体チップの面積と略等しくなる。そのため、このようなチップスケールパッケージ(CSP)と呼ばれる構造が、前述のBGA技術とともに開発されたことに伴い、電子機器の小型軽量化に大きく貢献している。
【0005】
CSPは、予め内層に回路が形成されたシリコンウエハを切断して半導体チップとし、この半導体チップにパッケージ処理を施して半導体パッケージを完成したものである。
【0006】
これに対して「ウエアレベルCSP」と呼ばれる製造方法は、このシリコンウエハ上に、絶縁層、再配線層、封止樹脂層等を形成し、この封止樹脂層上にはんだバンプを形成する。そして最終工程において、ウエハを所定のチップ寸法に切断することで、パッケージ構造を具備した半導体チップを得ることができる。
【0007】
つまり、ウエハ全体にこれら回路(絶縁層、再配線層、封止樹脂層)を堆積し、最終工程においてウエハをダイシングすることから、切断したチップ寸法そのものの大きさが半導体パッケージの大きさとなるので、実装基板に対して最小投影面積で実装することができる。
【0008】
ここで図8を参照して、従来のウエハレベルCSP(以下、CSPという。)の構造を説明する。
【0009】
図8に示すようにCSPの構造は、既に回路が形成されているシリコンウエハ(以下、ウエハという。)101と、このウエハ101上に形成される電極102と、このウエハ101及び電極102の全面を覆うように形成される絶縁層103と、この絶縁層103の電極102上に開口されるビアホールと、このビアホールから離れた絶縁層103上の所定位置に立設される樹脂製突部104と、ビアホールから樹脂製突部104まで導電材を配線してなる再配線層105と、樹脂製突部104の導電層106上に載置されるはんだバンプ108と、導電装106の高さまで充填される封止樹脂107とで構成されている。
【0010】
次に、上記従来のCSPの製造方法について説明する。図9(a)乃至(f)は、従来のCSPの製造方法を工程順に示す断面図である。
【0011】
先ず図9(a)に示すように、表面が平坦なウエハ101を準備し、このウエハ101上にメッキで電極102を形成し、この電極102を覆うようにウエハ101全面に絶縁層103を形成する。そしてこの電極102上の絶縁層103にビアホールを開口して電極102を露出させる。
【0012】
次いで図9(b)に示すように、ウエハ101全面に感光性樹脂を均一厚となるように塗布して感光性樹脂層104を形成し、この感光性樹脂層104上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を成膜する。そしてレジスト膜上にマスクを被せて露光し(露光工程)、露光された部分を薬液で溶かして(現像工程)レジストマスク110を形成する。
【0013】
続いて図9(c)に示すように、このレジストマスク110をマスクにして感光性樹脂層104をエッチングし、断面が台形状の突部を形成する。
【0014】
そして図9(d)に示すように、前工程で形成された突部の上面に残存するレジストマスク110を除去して、その後焼成することで樹脂製突部104を完成する。
【0015】
次いで図9(e)に示すように、電極102から樹脂製突部104の全体を覆うように導電材で再配線層105を形成する。
【0016】
そして図9(f)に示すように、樹脂製突部104上の導電層106上にはんだバンプ108を載置して、樹脂製突部104の周囲に封止樹脂107を充填して封止樹脂層107を形成することでCSPの電極端子を完成する。
【0017】
このようにして形成された電極端子を備えるCSPは、その後、所定の大きさにダイシングされる。
【0018】
ここで図9(b)に示した感光性樹脂の塗布工程は、具体的にスピンコート法、ラミネート法などで行われる。
【0019】
スピンコート法は、ウエハ101上に液状の感光性樹脂を滴下し、このウエハ101を回転させて遠心力により感光性樹脂を均一に広げて感光性樹脂層を形成し、これをフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングして感光性樹脂を所望の形状に加工する製法である。一方、ラミネート法は、ウエハ101上にシート状の感光性樹脂シートを貼り付け、これもフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングすることで感光性樹脂を所望の形状に加工するものである。
【0020】
また、感光性樹脂の加工方法には、スクリーン印刷法と呼ばれるものもある。このスクリーン印刷法は、ウエハ101上に、穴が形成されている鋼板を配置し、この鋼板上から樹脂を埋め込むように塗布して、樹脂を所望の形状に加工するものである。
【0021】
【特許文献1】
特願平11−169008号公報
【0022】
【特許文献2】
国際公開第00/77844号パンフレット
【0023】
【非特許文献1】
「日経エレクトロニクス」日経BP社出版、2002年6月17日号、p67−78、「機器の小型化の限界をインクジェットで吹き飛ばす」
【0024】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に半導体パッケージとプリント配線基板との熱膨張率は相違しているものである。そのため、この熱膨張率の相違に基づく応力が半導体パッケージの電極端子に集中し、これにより電極端子にクラックが入って接続不良を起こすという問題がある。
【0025】
このような問題は、樹脂製突部104を高く形成して、電極端子にかかる応力を分散させることで回避することができる。具体的に電極端子にかかる応力を分散させるには、樹脂製突部104の高さを100μm程度とする必要があると言われている。
【0026】
しかしながら、前述したスピンコート法、ラミネート法、スクリーン印刷法をそのまま適用すると、それぞれ以下のような問題が発生する。
【0027】
1 )スピンコート法を用いて感光性樹脂層を形成した場合、形成された感光性樹脂層の膜厚はウエハ101の周縁部に向かうほど厚くなる。この現象は、液状の感光性樹脂の表面張力による樹脂引き込みが原因と考えられるが、このように膜厚が制御できない周縁部の範囲は、周縁から幅10mmにもおよぶ。そのためウエハ101上の位置により形成される樹脂製突部104の高さも異なるので、樹脂製突部104の高さにバラツキが生じるという問題がある。
【0028】
2)また、スピンコート法やラミネート法を用いて感光性樹脂層を形成した場合、感光性樹脂層から樹脂製突部104を形成するには、少なくとも露光工程、現像工程、硬化工程が必要となる。そのため製造工程が多く、製造工程が煩雑であるという問題がある。
【0029】
3)更に、スピンコート法やラミネート法を用いて樹脂製突部104を形成する場合、ウエハ101全面に感光性樹脂を塗布しても、パターニングにより最終工程でパターン以外の感光性樹脂が除去されるため、樹脂等にかかる材料の歩留まりが低くなるという問題がある。特に、スピンコート法で樹脂を塗布した場合、その歩留まりは20%以下になる。
【0030】
4)また、スクリーン印刷手法を用いて樹脂をパターン印刷した場合、樹脂の粘度等にも依存するが、所望する樹脂製突部104の高さが高くなるに連れ、スクリーンに形成する穴の深さも深くなるので、穴に樹脂を埋め込む際に穴の埋め込みが困難となる。その結果、高アスペクト比の樹脂製突部4を形成することが難しいという問題がある。
【0031】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的としては、シリコンウエハ上に形成される樹脂製突部の高さバラツキ、樹脂の歩留まり、および半導体チップの信頼性を向上させる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0032】
【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記載の発明は、電極が設けられたウエハ上に絶縁層を形成し、この絶縁層で覆われた電極上を開口して露出させる工程と、電極から離れた絶縁層上に樹脂製突部を形成する工程と、電極から樹脂製突部まで導電性材料をパターニングし、このパターニングされた樹脂製突部上にはんだバンプを載置して、この樹脂製突部の周囲を樹脂で封止する半導体装置の製造方法であって、樹脂製突部を形成する工程は、液状の樹脂を絶縁層上に直接吐出して円柱状に堆積した後に熱処理することを要旨とする。
【0033】
本発明は、半導体パッケージの電極端子の製造工程において、絶縁層上に樹脂製突部を形成するときは、絶縁層上の任意位置に直接吐出後20μmの広がり20μmの高さを有する樹脂ドットを吐出させて所定高さまで堆積し、その後堆積された円柱状の樹脂を焼成して硬化させることで、細くて高い高アスペクト比を有する樹脂製突部を形成する。
【0034】
また、本発明は樹脂製突部を形成する工程で、第1段階として液状の樹脂を所定高まで堆積・熱処理して第1の樹脂製突部を形成後、第2段階として形成された第1の樹脂製突部上に更に液状の樹脂を吐出して堆積・熱処理を行うことで、細くてより高い高アスペクト比を有する樹脂製突部を形成する。尚、堆積・熱処理工程は1回に限らず複数回繰り返して行うことでより高い樹脂性突部を形成するようにしてもよい。
【0035】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0036】
図1(a)乃至(e)は、本発明の実施の形態に係る半導体パッケージの製造工程を順に示す断面図である。
【0037】
先ず図1(a)に示すように、集積回路(図示せず)及びその電極2、例えばAlパッド等、が設けられたシリコンウエハ(以下、単にウエハという。)1を準備し、この全面に絶縁層3を形成する。絶縁層3は、例えばポリイミド、エポキシ又はシリコーン樹脂からなり、その厚さは5乃至50μm程度である。この絶縁層3は、例えばスピンコート法、ラミネート法等で形成される。次いで絶縁層3の電極2上にビアホールを開口し電極2を露出させる。このビアホールの形成は、絶縁層3を形成後、フォトリソグラフィー技術によりパターニングすることで開口することができる。
【0038】
続いて図1(b)に示すように、電極2から離れた絶縁層3上の所定位置に、インクジェット式樹脂吐出装置を配置し、この樹脂吐出装置のノズルから液状樹脂を絶縁層3上に直接吐出させて、絶縁層3に対して垂直方向に樹脂を積み重ねていく。このときの1回当たりの吐出量は、滴下後に20μmの広がり20μmの高さを有する量である。また堆積高は20乃至100μm程度である。更にこの樹脂の材質はポリイミド、エポキシ又はシリコーン樹脂等である。
【0039】
続いて、図1(c)に示すように、樹脂を所定高まで積み上げた後に、これをオーブン等で熱処理して硬化させる。これにより断面が台形を有する樹脂製突部4を形成することができる。
【0040】
次いで、図1(d)に示すように、電極2と樹脂製突部4上とを導電接続するために再配線層5を形成する。ここで再配線層5に使用する材料は、Cu、Cr又はTiを含有する配線用導電性材料である。具体的な再配線層5の形成方法は、この配線用導電性材料を電極2、絶縁層3及び樹脂製突部4の全面又は必要な領域にスパッタ法で塗布して先ずは金属層を形成し、次いで金属層上にレジスト膜(図示せず)を形成して、電極2、樹脂製突部4及びこれらに挟まれた所定の領域を保護するような形状に加工する。そしてレジストマスクで保護されていない不要な部分をエッチングにより除去して配線路を形成する。そして最後に配線路上のレジストマスクを薬液で除去して再配線層5を完成する。このようにして完成した再配線層5の厚さは5乃至50μm程度である。尚、金属層の形成方法はスパッタ法に限らず、蒸着法、塗布法又は化学気相成長法(CVD)等であってもよく、これらを組み合わせてもよい。
【0041】
続いて、図1(e)に示すように、絶縁層3及び再配線層5上に、封止樹脂7を厚さ10乃至150μm程度堆積させて絶縁層3及び再配線層5の表面を保護する。このとき樹脂製突部4上の導電層6上には封止樹脂7を堆積させない。次いで、樹脂製突部4上の再配線層5上にはんだバンプ8を載置することで、半導体パッケージの電極端子を完成する。ここで堆積に用いる封止樹脂7は、ポリイミド、エポキシ又はシリコーン樹脂が好適に用いられる。尚、はんだバンプ8の載置時においては、はんだバンプ8の中心と樹脂製突部4の中心とが平面視(ウエハ1を上から見た方向)で、一致していることが重要である。このように載置することで応力を均一分散することができる。
【0042】
次に、図1(b)の工程で用いたインクジェット式樹脂吐出装置について説明する。
【0043】
この樹脂吐出装置は、一般にプリンタなどの印刷装置で使用されているインクジェット式吐出技術を応用したもので、これを半導体パッケージの電極端子製造用に改良したものである。つまり一般のプリンタは、紙にインクを吐出させて印字を行うが、この樹脂吐出装置は、インクと粘度も組成材質も異なる樹脂を絶縁層3上に直接吐出させて電極端子を堆積形成する。
【0044】
具体的にこの樹脂吐出装置は、液状樹脂を貯留する液槽と、この液槽の底部に設けられる細径のノズルと、液槽の上部に配置され加圧により変形する圧電素子と、圧電素子に電圧を供給する電圧制御部と、電圧制御部及びその他機能部を制御する制御部(CPU等)と、外部入力装置(キーボード等)とを少なくとも備えている。ここで圧電素子とは例えばピエゾ素子である。
【0045】
次にこの樹脂吐出装置の動作を説明する。
このような樹脂吐出装置の液槽には予め所定粘度を有する液状樹脂が充填されている。そこで先ず、絶縁層3上の所定位置にノズル先端を配置する。この配置方法は、例えばノズルの近傍にカメラを設けておき、カメラで撮影した映像をリアルタイムでパソコン(パーソナル・コンピュータ)でモニタリングしながら外部入力装置を操作して位置決めを行う。次いで位置設定後、外部入力装置を介して吐出命令が制御部に伝送されると、制御部が電圧制御部に所定電圧の出力を命じ、これにより電圧制御部がピエゾ素子に所定電圧を印加する。所定電圧が印加されたピエゾ素子は液槽内の樹脂を圧して、液槽に連設されるノズル先端に樹脂を送り込む。これによりノズル先端から樹脂が盛り上がる。次いで今度は印加していた電圧値を下げてピエゾ素子を収縮させることで、樹脂をノズル先端から絶縁層3に滴下させる。
【0046】
尚、ノズル先端の位置決めは、モニタリング設定としたが、これに限らず例えばウエハ1を可動式テーブル上に配置し、予め磁気記憶ディスク等に記憶されているウエハ1の座標データを基に指定位置とノズル先端を一致させるように可動式テーブルを移動させて位置決めを行ってもよい。
【0047】
このような樹脂吐出装置を用いると、絶縁層3上の所定位置に所定量の液体樹脂の直接吐出することが可能となるので、絶縁層3上に細く且つ高く樹脂を積み重ねることができる。また、ピエゾ素子に印加する電圧値を変えることで1回の吐出量を調節できるので狭領域での堆積も可能である。
【0048】
本実施の形態においては、樹脂製突部4の堆積形成は、ピエゾ素子を用いたインクジェット方式で実現可能であることを示したが、樹脂吐出装置はこれに限らず、サーマルインクジェット方式やバブルジェット(登録商標)方式であってもよい。
【0049】
(実施例1)
次に、上記樹脂吐出装置を用いて作製した電極端子の高さバラツキを測定した結果を、図2,3を参照して説明する。またこの実験結果と従来方法による実験結果とを比較し、従来の問題である高さバラツキについて検証して、本発明に係る半導体パッケージの電極端子製造方法の最適条件を検討する。
【0050】
そこで先ず図2(a)に示すように、表面が平坦なφ6インチのウエハ1を用意し、このウエハ1全面に絶縁層3を形成する。次いでこのウエハ1の所定位置上に樹脂吐出装置のノズルを配置する。
【0051】
次いで、1滴当たり直径50μmのドットを形成することができる量を滴下させる。そして樹脂を1滴滴下させる毎にノズルの位置をずらして非感光性アクリル樹脂の層を形成した。
【0052】
ここで樹脂は、非感光性アクリル樹脂である。この非感光性アクリル樹脂は、常温で粘度400dPa・s、熱処理により硬化する性質を有するものである。
【0053】
図2(a)に示すように、吐出直後の樹脂表面上には凸凹がある。そこでこれをオーブンで150℃、2時間、ハードベークを行うことにより、図2(b)に示す高さ40μm、幅200μの樹脂製突部4を形成した。
【0054】
また、上記工程を繰り返してウエハ1の絶縁層3上に樹脂製突部4を0.5mmピッチで多数作製した。そして作製した樹脂製突部4の中からウエハ1中心部から周辺部に向かって適当な9点を選び出し、これらの高さを測定した。その測定結果を図3に示す。
【0055】
図3に示す表の上段は、ウエハ1中心部から測定位置までの距離を示している。また下段は、各測定位置での樹脂製突部4の高さを示している。同図より、ウエハ1中心部(距離「0」)での樹脂製突部4の高さは39.2μmである。また最もウエハ1の周縁部にある「+73mm」の位置での高さは39.0μm、「−73mm」の位置での高さは38.5μmであった。また測定した9点の樹脂製突部4の高さの平均値は38.8μmであった。更にこれら測定した9点の樹脂製突部4の高さばらつきは5%であった。
【0056】
上記結果から、液状樹脂として非感光性アクリル樹脂を用い、1滴当たり直径50μmのドットを形成することができる量を絶縁層3上に滴下し、これをオーブンで150℃、2時間、ハードベークを行うことにより、高さ40μmの樹脂製突部4を得ることができ、このときの高さバラツキが5%に抑えられることが示された。
【0057】
(比較例1)
次に、図4を参照して、実施例1に対応する比較例1の説明を行う。
先ず実施例1と同様に、表面が平坦なφ6インチのウエハ1を用意し、このウエハ1全面に絶縁層3を形成する。次いでこの絶縁層3上に感光性エポキシ樹脂(粘度400dPa・s)を滴下して、スピンコート法を用いて遠心拡散させて感光性エポキシ樹脂膜を成膜し、これをオーブンで75℃、15分間焼成・仮乾燥して感光性エポキシ樹脂膜を形成する。そしてこの膜上にフォトレジスト膜を成膜する。次いでレジスト膜上にマスクを被せて露光を行い、露光された部分を薬液で溶かしてレジストマスク形成する。続いてレジストマスクをマスクにして感光性エポキシ樹脂膜をエッチングして突部を形成する。最後に突部上に残存するレジストマスクを除去してオーブンで150℃、90分の硬化を行い樹脂製突部4を形成した。
【0058】
また、上記工程を繰り返し、ウエハ1の絶縁層3上に樹脂製突部4を0.5mmピッチで多数作製した。そして実施例1と同様に、ウエハ1中心部から周辺部に向かって適当な9点を選び出し、これらの高さを測定した。その測定結果を図4に示す。
【0059】
図4に示すように、ウエハ1中心部(距離「0」)での樹脂製突部4の高さは41.2μmである。また最もウエハ1の周縁部にある「+73mm」の位置での高さは52.3μm、「−73mm」の位置での高さは50.5μmであった。また測定した9点の樹脂製突部4の高さの平均値は42.4μmであった。更に測定した9点の樹脂製突部4の高さばらつきは32%であった。
【0060】
上記結果から、実施例1と同じ粘度を有する感光性エポキシ樹脂を用い、従来の電極端子の製造方法に従って成膜、露光、現像工程を行った結果、ウエハ1の中心部と周縁部の樹脂製突部4の高さバラツキは32%になることが示された。
【0061】
従って、本実施の形態に係る実施例1の結果と、比較例1の結果を比較すると、明らかに実施例1の製造方法で樹脂製突部4を作製すると、高さバラツキを抑えることができる。
【0062】
(実施例2)
次に、図5を参照して樹脂吐出装置を用いて100μmの高さを有する樹脂製突部4の作製方法を示す。本実施例2では、吐出させた樹脂を堆積させて、この樹脂を2段,3段と堆積と仮硬化を繰り返しながら積み重ねて樹脂製突部4を堆積形成するものである。
【0063】
具体的には先ず図5(a)に示すように、表面が平坦なφ8インチのウエハ1を用意し、このウエハ1全面に絶縁層3を形成する。次いでこのウエハ1の所定位置上に樹脂吐出装置のノズルを配置する。そして1滴当たりの樹脂量が、滴下後直径20μmのドットを形成することができる量を滴下し、次いで樹脂を1滴滴下させる毎にノズルの位置をずらして直径40μmの円柱状の樹脂層を形成する。そしてこの樹脂層に重ねるようにして、この樹脂層と同じ厚さの樹脂層を3段堆積する。図5(a)は、樹脂層を同位置に3回重ねて堆積させた状態を示す第1回目樹脂吐出工程である。
【0064】
ここで、第1回目樹脂を固めるために、ホットプレート上で90℃、3分間、ハードベークを行い仮硬化した。
【0065】
ここで樹脂は、非感光性ポリイミド樹脂を使用した。この非感光性ポリイミド樹脂は、常温で粘度500dPa・s、熱処理により硬化する性質を有するものである。
【0066】
続いて図5(b)に示すように、第1回目樹脂を仮硬化させた樹脂層上に再び樹脂を3回吐出させて、高さ約120μmの樹脂層を形成した。またこれをオーブンで300℃、1時間、キュアを行うことにより直径40μm、高さ100μの樹脂製突部4を形成した。
【0067】
上記結果より、液状樹脂として非感光性ポリイミド樹脂(粘度500dPa・s)を用い、1滴当たり直径20μmのドットを形成することができる量を絶縁層3上に滴下し、これを直径40μmの円柱状になるように吐出して、この円柱上に繰り返し3回樹脂を堆積させて仮硬化後、再び円柱上の同位置に樹脂を3回吐出させて、これをオーブンで300℃、1時間、キュアを行うことにより、従来の技術では形成不可能であった直径40μm、高さ100μmと高アスペクト比の樹脂製突部4を形成することができた。
【0068】
(変形例1)
次に、本発明の実施の形態に係る変形例1を、図6を参照して説明する。
図6は、本変形例1に係る半導体パッケージの1電極端子を拡大した断面図である。
【0069】
この電極端子は、樹脂製突部4の高さが前述の実施の形態よりも高く形成している点で前述の実施の形態と異なる。つまり前述の実施の形態に記載の樹脂製突部4は、高さが5乃至100μmで形成されているのに対し、本変形例1では、少なくとも50μm以上で形成されている。
【0070】
つまり本変形例1に係る樹脂製突部4の堆積方法は、前述の実施の形態に記載の樹脂吐出装置を利用して堆積する。また実施例2に示したように、樹脂吐出装置を利用しつつ絶縁層3上に樹脂を吐出後、仮硬化を繰り返し行うことでより高い樹脂製突部4を堆積形成する。つまり実施例2では吐出及び仮硬化を2回繰り返し行うことで100μmの高さを有する樹脂製突部4を形成したが、本変形例1によれば、これを3回以上行うことで、少なくとも50μm以上の樹脂製突部4を確実に形成することができる。
【0071】
従って、本変形例1によれば、高さ50μm以上の高アスペクト比を有する樹脂製突部4を形成することができるので、プリント配線基板に実装した場合に、電極端子にかかる応力を分散し易くすることができる。これにより応力緩和機能をより向上させることができる。
【0072】
(変形例2)
次に、本発明の実施の形態に係る変形例2を、図7を参照して説明する。
図7は、本変形例2に係る半導体装置の1電極端子を拡大した断面図である。
【0073】
この電極端子は、樹脂製突部4の上面周囲部が突出している点で前述の実施の形態と異なる。つまり前述の実施の形態に記載の樹脂製突部4は、上面が平坦に形成されているが、本変形例1に記載の樹脂製突部4は、円柱状の樹脂製突部4の上面に更にリング状の突出部を連続形成している。これによりリング状の突出部にはんだバンプ8を載置したときに、はんだバンプ8が樹脂製突部4から外れて転がったり、隣接するはんだバンプ8とブリッジを形成することを防止することができる。
【0074】
このような変形例2に係る樹脂製突部4の堆積方法は、前述の実施の形態に記載の樹脂吐出装置を利用して堆積することができる。すなわち実施例1に示した樹脂吐出装置を利用して、絶縁層3上に樹脂を吐出して円柱状の樹脂製突部4を堆積形成した後に、このようにしてなる平坦な樹脂製突部4上の周縁に樹脂を更に吐出させて、リング状の凹部を有する樹脂製突部4を堆積形成する。この凹部を有する樹脂製突部4の堆積形成方法は、実施例1の方法に限らず、実施例2の堆積方法と組み合わせて行ってもよい、その場合、ブリッジ形成を防止し、且つ高アスペクト比を有する樹脂製突部4を形成することができる。
【0075】
従って、本変形例2によれば、樹脂製突部4の上面にリング状の凹部を形成することで、隣接するはんだバンプ8とブリッジを形成することを抑制することができる。更に、実施例2の堆積方法を用いて、高アスペクト比を有する樹脂製突部4を形成することで、応力が集中するはんだバンプ8と導電層6の接続部の応力を分散することができる。
【0076】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、電極が設けられたウエハ上に絶縁層を形成し、この絶縁層で覆われた電極上を開口して露出させたこの電極から絶縁層上に形成された樹脂製突部までを導電性材料でパターニングし、このパターニングされた樹脂製突部上にはんだバンプを載置することでウエハに対して垂直方向に電極端子を形成する半導体装置の製造方法において、樹脂製突部を形成する工程は、液状の樹脂を細い穴から連続的に吐出して絶縁層上に柱状に堆積形成する。これにより絶縁層上の所定位置に液状樹脂を吐出するだけで樹脂製突部を形成することができるので、従来必要であった樹脂塗布工程、露光工程、現像工程、硬化工程が不要となる。これにより樹脂製突部の製造工程数を削減できるので、これに伴い製造時間を短縮することができる。
【0077】
また、樹脂塗布工程が不要となることで、従来問題であったウエハ周縁部のみ樹脂膜厚が厚くなるという問題を解消することができる。
【0078】
更に本発明の樹脂製突部の形成は、絶縁層上に直接液状の樹脂を細径のノズルから吐出して柱状に堆積するだけで形成できるとともに、液状樹脂の1滴量は、滴下後直径20μm、高さ20μmのドットを形成する量を積み重ねて形成することから、形成する樹脂製突部の高さの微調節が容易である。その結果、この微調節により樹脂製突部の高さバラツキを抑えることができる。
【0079】
また更に、従来必要であった樹脂塗布工程、露光工程、現像工程が不要となることで、これまで樹脂塗布工程においては、ウエハ全面を覆う樹脂量が必要であったが、本発明によれば、作製する樹脂製突部の本数に応じた樹脂量のみで済む。また露光工程では、レジスト材料やマスク材料が必要であったが、本発明によれば、これらが不要になる。更に現像工程では、露光後のレジストを除去するための現像液が必要であったが、本発明によればこの現像液が不要となる。この結果、歩留まりを向上させることができる。
【0080】
また、本発明によれば、直径が小さく、高アスペクト比の樹脂製突部を形成することができるので、このような樹脂製突部を有するプリント配線基板に実装したときに樹脂製突部にかかる応力を分散させることができる。またこれに伴いクラックの発生も抑制できるので、半導体パッケージ全体の信頼性を向上させることができる。
【0081】
請求項2記載の発明によれば、液状樹脂の粘度を400dPa・sの非感光性アクリル樹脂とすることで、細径のノズルから直径50μmの樹脂ドットを少なくとも40μmの高さまで堆積させることができる。
【0082】
また請求項3記載の発明によれば、液状の樹脂の粘度500dPa・sの非感光性ポリイミド樹脂とすることで、細径のノズルから直径20μmの樹脂ドットを少なくとも100μmの高さまで堆積させることができる。これにより高アスペクト比の樹脂製突部を形成することができるので、プリント配線基板に実装したときに樹脂製突部にかかる応力を分散させることができる。これに伴いクラックの発生も抑制できるので、半導体パッケージ全体の信頼性を向上させることができる。
【0083】
請求項4記載の発明によれば、樹脂製突部を形成する工程は、直径20μmの樹脂ドットを柱状に堆積する堆積形成工程と、堆積された樹脂を焼成する焼成工程とを繰り返し行うことで、堆積された樹脂を硬化させて土台を形成してから、再び樹脂を堆積させることでより高く樹脂を積み上げることができる。この結果、従来に比べてより高アスペクト比の樹脂製突部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る半導体パッケージの製造方法を工程順に示す断面図である。
【図2】吐出された非感光性アクリル樹脂の吐出直後の状態を示す図(a)と、ハードベーク後により完成した樹脂製突部4を示す図(b)である。
【図3】実施例1に係る半導体装置上の各点における樹脂膜厚の測定結果を示す表である。
【図4】比較例に係る半導体装置上の各点における樹脂膜厚の測定結果を示す表である。
【図5】実施例1に係る樹脂製突部4の作製工程を示す図である。
【図6】本変形例1に係る半導体装置の電極端子の断面を示す図である。
【図7】本変形例2に係る半導体装置の電極端子の断面を示す図である。
【図8】従来の半導体装置における電極端子の断面を示す図である。
【図9】従来の半導体パッケージの製造方法を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
1…ウエハ
2…電極
3…絶縁層
4…樹脂製突部
5…再配線層
6…導電層
7…封止樹脂層
8…バンプ
101…ウエハ
102…電極
103…絶縁層
104…樹脂製突部
105…再配線層
106…導電層
107…封止樹脂層
108…バンプ
110…レジストマスク
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device that improves the height variation of resin protrusions formed on a silicon wafer, the yield of resin, and the reliability of semiconductor chips.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a semiconductor package structure, for example, a package in which a semiconductor chip is integrated with a resin (so-called DIP (Dual Inline Package) or QFP (Quad Flat Package)) has been mainstream. In these semiconductor packages, a metal lead electrode is arranged on a peripheral side surface of a semiconductor chip, the semiconductor chip and the metal lead electrode are connected by wire bonding, and then sealed with a resin.
[0003]
On the other hand, as a semiconductor package structure that has rapidly spread in recent years, there is a package called a CSP (Chip Size Package), for example. The CSP is a semiconductor chip having the same number of electrode terminals and the same projected area by adopting a so-called BGA (Ball grid array) technology in which solder-shaped electrodes are arranged in a grid on a flat wide surface of a semiconductor package. Can be mounted at high density on a printed wiring board with a smaller area than before.
[0004]
That is, in the semiconductor package using the BGA technology, the area of the package is substantially equal to the area of the semiconductor chip. Therefore, such a structure called a chip scale package (CSP) has been developed together with the above-mentioned BGA technology, and has greatly contributed to the reduction in size and weight of electronic devices.
[0005]
The CSP is obtained by cutting a silicon wafer having a circuit formed in an inner layer in advance into a semiconductor chip, and performing a package process on the semiconductor chip to complete a semiconductor package.
[0006]
On the other hand, in a manufacturing method called “wear level CSP”, an insulating layer, a rewiring layer, a sealing resin layer, and the like are formed on the silicon wafer, and solder bumps are formed on the sealing resin layer. Then, in the final step, the semiconductor chip having a package structure can be obtained by cutting the wafer into predetermined chip dimensions.
[0007]
In other words, since these circuits (insulating layer, rewiring layer, and sealing resin layer) are deposited on the entire wafer and the wafer is diced in the final step, the size of the cut chip itself becomes the size of the semiconductor package. , And can be mounted on a mounting substrate with a minimum projected area.
[0008]
Here, a structure of a conventional wafer level CSP (hereinafter, referred to as CSP) will be described with reference to FIG.
[0009]
As shown in FIG. 8, the structure of the CSP includes a silicon wafer (hereinafter, referred to as a wafer) 101 on which circuits have already been formed, electrodes 102 formed on the wafer 101, and entire surfaces of the wafer 101 and the electrodes 102. An insulating layer 103 formed to cover the insulating layer 103, a via hole opened on the electrode 102 of the insulating layer 103, and a resin protrusion 104 erected at a predetermined position on the insulating layer 103 away from the via hole. A rewiring layer 105 formed by wiring a conductive material from the via hole to the resin protrusion 104; a solder bump 108 placed on the conductive layer 106 of the resin protrusion 104; And a sealing resin 107.
[0010]
Next, a method for manufacturing the conventional CSP will be described. 9A to 9F are cross-sectional views illustrating a conventional CSP manufacturing method in the order of steps.
[0011]
First, as shown in FIG. 9A, a wafer 101 having a flat surface is prepared, electrodes 102 are formed on the wafer 101 by plating, and an insulating layer 103 is formed on the entire surface of the wafer 101 so as to cover the electrodes 102. I do. Then, a via hole is opened in the insulating layer 103 on the electrode 102 to expose the electrode 102.
[0012]
Next, as shown in FIG. 9B, a photosensitive resin is applied to the entire surface of the wafer 101 so as to have a uniform thickness to form a photosensitive resin layer 104, and a photoresist is applied on the photosensitive resin layer 104. To form a photoresist film. Then, a mask is put on the resist film and exposed (exposure step), and the exposed portion is dissolved with a chemical solution (development step) to form a resist mask 110.
[0013]
Subsequently, as shown in FIG. 9C, the photosensitive resin layer 104 is etched using the resist mask 110 as a mask to form a projection having a trapezoidal cross section.
[0014]
Then, as shown in FIG. 9D, the resist mask 110 remaining on the upper surface of the protrusion formed in the previous step is removed, and then baked to complete the resin protrusion 104.
[0015]
Next, as shown in FIG. 9E, a rewiring layer 105 is formed of a conductive material so as to cover the entirety of the resin protrusion 104 from the electrode 102.
[0016]
Then, as shown in FIG. 9F, a solder bump 108 is placed on the conductive layer 106 on the resin protrusion 104, and a sealing resin 107 is filled around the resin protrusion 104 and sealed. By forming the resin layer 107, an electrode terminal of the CSP is completed.
[0017]
The CSP provided with the electrode terminals thus formed is then diced to a predetermined size.
[0018]
Here, the application step of the photosensitive resin shown in FIG. 9B is specifically performed by a spin coating method, a lamination method, or the like.
[0019]
In the spin coating method, a liquid photosensitive resin is dropped on a wafer 101, the wafer 101 is rotated, and the photosensitive resin is uniformly spread by centrifugal force to form a photosensitive resin layer. This is a manufacturing method in which the photosensitive resin is processed into a desired shape by patterning. On the other hand, in the laminating method, a sheet-like photosensitive resin sheet is attached on the wafer 101, and this is also processed by photolithography to pattern the photosensitive resin into a desired shape.
[0020]
Further, as a method of processing the photosensitive resin, there is a method called a screen printing method. In the screen printing method, a steel plate having holes is arranged on a wafer 101, and a resin is applied so as to be embedded from the steel plate, and the resin is processed into a desired shape.
[0021]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application No. 11-169008
[0022]
[Patent Document 2]
International Publication No. 00/77844 pamphlet
[0023]
[Non-patent document 1]
"Nikkei Electronics," published by Nikkei BP, June 17, 2002, p. 67-78, "Blowing down the limits of device miniaturization with inkjet printing"
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
In general, the thermal expansion coefficient of a semiconductor package is different from that of a printed wiring board. For this reason, there is a problem that stress based on the difference in the coefficient of thermal expansion is concentrated on the electrode terminals of the semiconductor package, thereby cracking the electrode terminals and causing a connection failure.
[0025]
Such a problem can be avoided by forming the resin protrusion 104 to be high and dispersing the stress applied to the electrode terminals. It is said that the height of the resin protrusion 104 needs to be about 100 μm to disperse the stress applied to the electrode terminals.
[0026]
However, when the above-described spin coating, laminating, and screen printing methods are applied as they are, the following problems occur.
[0027]
1) When the photosensitive resin layer is formed by using the spin coating method, the thickness of the formed photosensitive resin layer becomes larger toward the periphery of the wafer 101. This phenomenon is considered to be caused by the resin pull-in due to the surface tension of the liquid photosensitive resin, but the range of the peripheral portion where the film thickness cannot be controlled extends to a width of 10 mm from the peripheral edge. For this reason, the height of the resin protrusion 104 formed differs depending on the position on the wafer 101, so that there is a problem that the height of the resin protrusion 104 varies.
[0028]
2) When the photosensitive resin layer is formed by a spin coating method or a laminating method, at least an exposure step, a development step, and a curing step are required to form the resin protrusion 104 from the photosensitive resin layer. Become. Therefore, there is a problem that the number of manufacturing steps is large and the manufacturing steps are complicated.
[0029]
3) Further, when the resin protrusion 104 is formed by using a spin coating method or a lamination method, even if a photosensitive resin is applied to the entire surface of the wafer 101, the photosensitive resin other than the pattern is removed in the final step by patterning. Therefore, there is a problem that the yield of the material relating to the resin or the like is reduced. In particular, when a resin is applied by spin coating, the yield is 20% or less.
[0030]
4) Further, when pattern printing is performed on the resin using the screen printing method, the depth of the hole formed in the screen increases as the height of the desired resin protrusion 104 increases, depending on the viscosity and the like of the resin. Since the depth becomes deeper, it becomes difficult to embed the hole when embedding the resin in the hole. As a result, there is a problem that it is difficult to form the resin protrusion 4 having a high aspect ratio.
[0031]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to improve the height variation of resin protrusions formed on a silicon wafer, the yield of resin, and the reliability of semiconductor chips. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a device.
[0032]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a step of forming an insulating layer on a wafer provided with an electrode, opening and exposing the electrode covered with the insulating layer, Forming a resin protrusion on the insulating layer, patterning a conductive material from the electrode to the resin protrusion, placing a solder bump on the patterned resin protrusion, A method of manufacturing a semiconductor device in which the periphery of a protrusion is sealed with a resin, wherein the step of forming the resin protrusion includes a step of directly discharging a liquid resin onto an insulating layer, depositing the resin in a column shape, and then performing a heat treatment. Is the gist.
[0033]
The present invention provides a method of manufacturing electrode terminals of a semiconductor package, wherein when forming a resin protrusion on an insulating layer, a resin dot having a spread of 20 μm and a height of 20 μm after discharge directly to an arbitrary position on the insulating layer is formed. The resin is ejected and deposited to a predetermined height, and then the deposited columnar resin is baked and cured to form a thin resin projection having a high aspect ratio.
[0034]
Further, in the present invention, in the step of forming a resin protrusion, a liquid resin is deposited and heat-treated to a predetermined height as a first step to form a first resin protrusion, and then a second step formed as a second step is performed. A thin resin having a higher aspect ratio is formed by further discharging a liquid resin onto the first resin protrusion and performing deposition and heat treatment. Note that the deposition / heat treatment step is not limited to one time, and may be repeated a plurality of times to form a higher resinous protrusion.
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0036]
1A to 1E are cross-sectional views sequentially showing a manufacturing process of a semiconductor package according to an embodiment of the present invention.
[0037]
First, as shown in FIG. 1A, a silicon wafer (hereinafter simply referred to as a wafer) 1 provided with an integrated circuit (not shown) and its electrode 2, for example, an Al pad or the like, is prepared. An insulating layer 3 is formed. The insulating layer 3 is made of, for example, polyimide, epoxy or silicone resin, and has a thickness of about 5 to 50 μm. This insulating layer 3 is formed by, for example, a spin coating method, a laminating method, or the like. Next, a via hole is opened on the electrode 2 of the insulating layer 3 to expose the electrode 2. This via hole can be formed by patterning by photolithography after forming the insulating layer 3.
[0038]
Subsequently, as shown in FIG. 1 (b), an ink jet type resin discharge device is arranged at a predetermined position on the insulating layer 3 away from the electrode 2, and a liquid resin is applied onto the insulating layer 3 from a nozzle of the resin discharge device. By directly discharging the resin, the resin is stacked in the direction perpendicular to the insulating layer 3. At this time, the discharge amount per discharge is an amount having a spread of 20 μm and a height of 20 μm after dropping. The deposition height is about 20 to 100 μm. Further, the material of this resin is polyimide, epoxy or silicone resin.
[0039]
Subsequently, as shown in FIG. 1 (c), after the resin is piled up to a predetermined height, it is cured by heat treatment in an oven or the like. Thereby, the resin protrusion 4 having a trapezoidal cross section can be formed.
[0040]
Next, as shown in FIG. 1D, a rewiring layer 5 is formed to electrically connect the electrode 2 and the resin protrusion 4 to each other. Here, the material used for the rewiring layer 5 is a conductive material for wiring containing Cu, Cr or Ti. A specific method for forming the rewiring layer 5 is to apply the conductive material for wiring to the entire surface of the electrode 2, the insulating layer 3 and the resin protrusion 4 or a necessary region by a sputtering method to first form a metal layer. Then, a resist film (not shown) is formed on the metal layer, and is processed into a shape that protects the electrode 2, the resin protrusion 4, and a predetermined region sandwiched therebetween. Unnecessary portions that are not protected by the resist mask are removed by etching to form wiring paths. Finally, the resist mask on the wiring path is removed with a chemical solution to complete the rewiring layer 5. The thickness of the rewiring layer 5 completed in this manner is about 5 to 50 μm. The method for forming the metal layer is not limited to the sputtering method, but may be an evaporation method, a coating method, a chemical vapor deposition method (CVD), or a combination thereof.
[0041]
Subsequently, as shown in FIG. 1E, a sealing resin 7 is deposited to a thickness of about 10 to 150 μm on the insulating layer 3 and the rewiring layer 5 to protect the surfaces of the insulating layer 3 and the rewiring layer 5. I do. At this time, the sealing resin 7 is not deposited on the conductive layer 6 on the resin protrusion 4. Next, the solder bumps 8 are placed on the redistribution layer 5 on the resin protrusion 4 to complete the electrode terminals of the semiconductor package. Here, as the sealing resin 7 used for the deposition, polyimide, epoxy or silicone resin is preferably used. When the solder bumps 8 are placed, it is important that the center of the solder bumps 8 and the center of the resin protrusions 4 match in plan view (the direction in which the wafer 1 is viewed from above). . With such mounting, the stress can be uniformly dispersed.
[0042]
Next, the ink jet type resin ejection device used in the step of FIG. 1B will be described.
[0043]
This resin discharge device is an application of an ink jet discharge technology generally used in a printing device such as a printer, and is improved for manufacturing electrode terminals of a semiconductor package. In other words, a general printer performs printing by discharging ink on paper, and this resin discharge device discharges a resin having a different viscosity and composition from ink directly onto the insulating layer 3 to deposit and form electrode terminals.
[0044]
Specifically, the resin discharge device includes a liquid tank for storing a liquid resin, a small-diameter nozzle provided at the bottom of the liquid tank, a piezoelectric element disposed at the top of the liquid tank and deformed by applying pressure, and a piezoelectric element. At least a voltage control unit that supplies a voltage, a control unit (such as a CPU) that controls the voltage control unit and other functional units, and an external input device (such as a keyboard). Here, the piezoelectric element is, for example, a piezo element.
[0045]
Next, the operation of the resin discharge device will be described.
The liquid tank of such a resin discharge device is previously filled with a liquid resin having a predetermined viscosity. Therefore, first, a nozzle tip is arranged at a predetermined position on the insulating layer 3. In this arrangement method, for example, a camera is provided in the vicinity of the nozzle, and positioning is performed by operating an external input device while monitoring an image captured by the camera in real time with a personal computer (personal computer). Next, after the position is set, when the ejection command is transmitted to the control unit via the external input device, the control unit instructs the voltage control unit to output a predetermined voltage, whereby the voltage control unit applies a predetermined voltage to the piezo element. . The piezo element to which the predetermined voltage is applied presses the resin in the liquid tank and sends the resin to the tip of a nozzle connected to the liquid tank. Thereby, the resin rises from the tip of the nozzle. Next, this time, the applied voltage is lowered to contract the piezo element, so that the resin is dropped on the insulating layer 3 from the nozzle tip.
[0046]
The positioning of the tip of the nozzle is set at the monitoring setting. However, the present invention is not limited to this. For example, the wafer 1 is placed on a movable table, and the designated position is determined based on the coordinate data of the wafer 1 stored in advance on a magnetic storage disk or the like. The positioning may be performed by moving the movable table so that the nozzle and the nozzle tip coincide with each other.
[0047]
When such a resin discharge device is used, a predetermined amount of liquid resin can be directly discharged to a predetermined position on the insulating layer 3, so that a thin and high resin can be stacked on the insulating layer 3. Further, by changing the voltage value applied to the piezo element, the discharge amount per discharge can be adjusted, so that deposition in a narrow area is possible.
[0048]
In the present embodiment, it has been shown that the deposition of the resin protrusion 4 can be realized by an ink jet method using a piezo element. However, the resin discharge device is not limited to this, and a thermal ink jet method or a bubble jet method is used. (Registered trademark) system.
[0049]
(Example 1)
Next, the results of measuring the height variations of the electrode terminals manufactured using the above-described resin discharge device will be described with reference to FIGS. In addition, the experimental results are compared with the experimental results obtained by the conventional method, the height variation, which is a conventional problem, is verified, and the optimum conditions of the method for manufacturing the electrode terminal of the semiconductor package according to the present invention are examined.
[0050]
Therefore, first, as shown in FIG. 2A, a 6-inch wafer 1 having a flat surface is prepared, and an insulating layer 3 is formed on the entire surface of the wafer 1. Next, a nozzle of the resin discharge device is arranged on a predetermined position of the wafer 1.
[0051]
Next, an amount capable of forming a dot having a diameter of 50 μm per drop is dropped. Then, each time one drop of resin was dropped, the position of the nozzle was shifted to form a layer of non-photosensitive acrylic resin.
[0052]
Here, the resin is a non-photosensitive acrylic resin. This non-photosensitive acrylic resin has a viscosity of 400 dPa · s at room temperature and has a property of being cured by heat treatment.
[0053]
As shown in FIG. 2A, there are irregularities on the resin surface immediately after the ejection. Then, this was subjected to hard baking in an oven at 150 ° C. for 2 hours to form a resin protrusion 4 having a height of 40 μm and a width of 200 μ as shown in FIG. 2B.
[0054]
Further, by repeating the above steps, a large number of resin protrusions 4 were formed on the insulating layer 3 of the wafer 1 at a pitch of 0.5 mm. Nine suitable points were selected from the center of the wafer 1 toward the periphery from the resin protrusions 4 thus manufactured, and their heights were measured. FIG. 3 shows the measurement results.
[0055]
The upper part of the table shown in FIG. 3 shows the distance from the center of the wafer 1 to the measurement position. The lower part shows the height of the resin protrusion 4 at each measurement position. As shown in the figure, the height of the resin protrusion 4 at the center of the wafer 1 (distance “0”) is 39.2 μm. The height at the position of "+73 mm", which is the edge of the wafer 1, was 39.0 .mu.m, and the height at the position of "-73 mm" was 38.5 .mu.m. The average of the measured heights of the nine resin protrusions 4 was 38.8 μm. Further, the height variation of the nine resin protrusions 4 measured was 5%.
[0056]
Based on the above results, a non-photosensitive acrylic resin was used as the liquid resin, and an amount capable of forming a dot having a diameter of 50 μm per drop was dropped on the insulating layer 3 and hard-baked in an oven at 150 ° C. for 2 hours. By performing the above, a resin protrusion 4 having a height of 40 μm can be obtained, and it has been shown that the height variation at this time can be suppressed to 5%.
[0057]
(Comparative Example 1)
Next, a comparative example 1 corresponding to the example 1 will be described with reference to FIG.
First, as in the first embodiment, a wafer 6 having a flat surface of φ6 inches is prepared, and an insulating layer 3 is formed on the entire surface of the wafer 1. Next, a photosensitive epoxy resin (viscosity: 400 dPa · s) is dropped on the insulating layer 3 and centrifugally diffused by using a spin coating method to form a photosensitive epoxy resin film. Baking and temporary drying are performed for a minute to form a photosensitive epoxy resin film. Then, a photoresist film is formed on this film. Next, exposure is performed by covering a mask on the resist film, and the exposed portion is dissolved with a chemical solution to form a resist mask. Subsequently, the photosensitive epoxy resin film is etched using the resist mask as a mask to form a protrusion. Finally, the resist mask remaining on the protrusion was removed, and curing was performed in an oven at 150 ° C. for 90 minutes to form a resin protrusion 4.
[0058]
Further, the above steps were repeated, and a large number of resin protrusions 4 were formed on the insulating layer 3 of the wafer 1 at a pitch of 0.5 mm. Then, in the same manner as in Example 1, nine suitable points were selected from the center of the wafer 1 toward the periphery thereof, and their heights were measured. FIG. 4 shows the measurement results.
[0059]
As shown in FIG. 4, the height of the resin protrusion 4 at the center of the wafer 1 (distance “0”) is 41.2 μm. The height at the position of "+73 mm" on the periphery of the wafer 1 was 52.3 [mu] m, and the height at the position of "-73 mm" was 50.5 [mu] m. The average of the measured heights of the nine resin protrusions 4 was 42.4 μm. Further, the height variation of the nine resin protrusions 4 measured was 32%.
[0060]
From the above results, film forming, exposing, and developing steps were performed using a photosensitive epoxy resin having the same viscosity as in Example 1 according to a conventional method for manufacturing an electrode terminal. It was shown that the height variation of the protrusion 4 was 32%.
[0061]
Therefore, when the result of Example 1 according to the present embodiment is compared with the result of Comparative Example 1, when the resin protrusion 4 is produced by the manufacturing method of Example 1, it is possible to suppress the variation in height. .
[0062]
(Example 2)
Next, a method of manufacturing the resin protrusion 4 having a height of 100 μm using a resin discharge device will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the discharged resin is deposited, and the resin is stacked in two or three steps while repeating the deposition and the temporary curing to deposit and form the resin protrusion 4.
[0063]
Specifically, first, as shown in FIG. 5A, a φ1 inch wafer 1 having a flat surface is prepared, and an insulating layer 3 is formed on the entire surface of the wafer 1. Next, a nozzle of the resin discharge device is arranged on a predetermined position of the wafer 1. Then, the amount of resin per drop is dropped so that a dot having a diameter of 20 μm can be formed after dropping, and then the position of the nozzle is shifted every time one drop of resin is dropped to form a cylindrical resin layer having a diameter of 40 μm. Form. Then, three layers of resin layers having the same thickness as this resin layer are deposited so as to overlap with this resin layer. FIG. 5A is a first resin discharge step showing a state in which the resin layer is deposited three times at the same position.
[0064]
Here, in order to solidify the first resin, hard baking was performed on a hot plate at 90 ° C. for 3 minutes to temporarily harden the resin.
[0065]
Here, a non-photosensitive polyimide resin was used as the resin. This non-photosensitive polyimide resin has a viscosity of 500 dPa · s at room temperature and has a property of being cured by heat treatment.
[0066]
Subsequently, as shown in FIG. 5B, the resin was discharged three times again on the resin layer in which the first resin was temporarily cured to form a resin layer having a height of about 120 μm. This was cured in an oven at 300 ° C. for 1 hour to form a resin protrusion 4 having a diameter of 40 μm and a height of 100 μ.
[0067]
According to the above results, a non-photosensitive polyimide resin (viscosity: 500 dPa · s) was used as the liquid resin, and an amount capable of forming a dot having a diameter of 20 μm per drop was dropped on the insulating layer 3. The resin is discharged so as to form a column, the resin is repeatedly deposited on the column three times, and after pre-curing, the resin is discharged again at the same position on the column three times. By performing the curing, a resin protrusion 4 having a diameter of 40 μm and a height of 100 μm and a high aspect ratio, which could not be formed by the conventional technique, could be formed.
[0068]
(Modification 1)
Next, a first modification according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is an enlarged sectional view of one electrode terminal of the semiconductor package according to the first modification.
[0069]
This electrode terminal is different from the above-described embodiment in that the height of the resin protrusion 4 is higher than that of the above-described embodiment. That is, the resin protrusion 4 described in the above-described embodiment is formed to have a height of 5 to 100 μm, whereas in the first modification, it is formed to be at least 50 μm or more.
[0070]
That is, in the method of depositing the resin protrusion 4 according to the first modification, deposition is performed using the resin ejection device described in the above-described embodiment. Further, as shown in the second embodiment, a higher resin protrusion 4 is deposited and formed by repeatedly performing temporary curing after discharging the resin onto the insulating layer 3 using a resin discharging apparatus. In other words, in Example 2, the resin protrusion 4 having a height of 100 μm was formed by repeating ejection and temporary curing twice, but according to Modification Example 1, by performing this three times or more, at least The resin protrusion 4 having a thickness of 50 μm or more can be reliably formed.
[0071]
Therefore, according to the first modification, the resin protrusion 4 having a high aspect ratio of 50 μm or more can be formed, so that when mounted on a printed circuit board, the stress applied to the electrode terminals is dispersed. It can be easier. Thereby, the stress relaxation function can be further improved.
[0072]
(Modification 2)
Next, a second modification according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of one electrode terminal of the semiconductor device according to the second modification.
[0073]
This electrode terminal is different from the above-described embodiment in that the periphery of the upper surface of the resin protrusion 4 protrudes. In other words, the resin protrusion 4 described in the above-described embodiment has a flat upper surface. However, the resin protrusion 4 described in the first modification has the upper surface of the cylindrical resin protrusion 4. Further, a ring-shaped protrusion is continuously formed. Accordingly, when the solder bumps 8 are placed on the ring-shaped protrusions, it is possible to prevent the solder bumps 8 from rolling off the resin protrusions 4 and forming bridges with the adjacent solder bumps 8. .
[0074]
In the method of depositing the resin protrusion 4 according to the second modification, the deposition can be performed by using the resin discharge device described in the above embodiment. That is, after the resin is discharged onto the insulating layer 3 to deposit and form the cylindrical resin protrusions 4 using the resin discharge device shown in the first embodiment, the flat resin protrusions thus formed are formed. The resin is further discharged to the peripheral edge on the upper surface 4 to deposit and form the resin protrusion 4 having a ring-shaped concave portion. The method of depositing and forming the resin protrusion 4 having the concave portion is not limited to the method of the first embodiment, and may be performed in combination with the deposition method of the second embodiment. In this case, bridge formation is prevented and high aspect ratio is prevented. The resin protrusion 4 having a specific ratio can be formed.
[0075]
Therefore, according to the second modification, by forming a ring-shaped concave portion on the upper surface of the resin protrusion 4, it is possible to suppress formation of a bridge between the adjacent solder bumps 8. Further, by forming the resin protrusion 4 having a high aspect ratio by using the deposition method of the second embodiment, the stress at the connection portion between the solder bump 8 and the conductive layer 6 where the stress is concentrated can be dispersed. .
[0076]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the insulating layer is formed on the wafer provided with the electrode, and the electrode covered with the insulating layer is formed on the insulating layer from the electrode which is opened and exposed. In a method of manufacturing a semiconductor device in which an electrode terminal is formed in a direction perpendicular to a wafer by patterning up to a resin protrusion with a conductive material and placing solder bumps on the patterned resin protrusion, In the step of forming the resin protrusion, a liquid resin is continuously discharged from a thin hole to deposit and form a column on the insulating layer. As a result, the resin protrusion can be formed only by discharging the liquid resin at a predetermined position on the insulating layer, so that the resin coating step, the exposure step, the developing step, and the curing step, which are conventionally required, become unnecessary. As a result, the number of manufacturing steps of the resin protrusion can be reduced, and accordingly, the manufacturing time can be shortened.
[0077]
Further, since the resin coating step is not required, the problem that the resin film thickness is increased only at the peripheral portion of the wafer, which has been a problem in the related art, can be solved.
[0078]
Further, the resin protrusion according to the present invention can be formed simply by discharging a liquid resin directly from the small-diameter nozzle onto the insulating layer and depositing it in a columnar shape. Since the amount of forming dots having a height of 20 μm and a height of 20 μm is formed by stacking, it is easy to finely adjust the height of the resin protrusion to be formed. As a result, the height variation of the resin protrusion can be suppressed by this fine adjustment.
[0079]
Furthermore, since the resin application step, exposure step, and development step, which were conventionally required, are no longer necessary, in the resin application step, the amount of resin that covers the entire surface of the wafer has been required. Thus, only the amount of resin corresponding to the number of resin protrusions to be manufactured is required. In the exposure step, a resist material and a mask material are required, but according to the present invention, these are not required. Further, in the developing step, a developing solution for removing the resist after exposure is necessary. However, according to the present invention, this developing solution becomes unnecessary. As a result, the yield can be improved.
[0080]
Further, according to the present invention, since a resin protrusion having a small diameter and a high aspect ratio can be formed, when the resin protrusion is mounted on a printed wiring board having such a resin protrusion, the resin protrusion is formed. Such stress can be dispersed. In addition, since the occurrence of cracks can be suppressed, the reliability of the entire semiconductor package can be improved.
[0081]
According to the second aspect of the present invention, by using a non-photosensitive acrylic resin having a liquid resin viscosity of 400 dPa · s, resin dots having a diameter of 50 μm can be deposited from a small-diameter nozzle to a height of at least 40 μm. .
[0082]
According to the third aspect of the present invention, by using a non-photosensitive polyimide resin having a viscosity of 500 dPa · s of the liquid resin, a resin dot having a diameter of 20 μm can be deposited from a small diameter nozzle to a height of at least 100 μm. it can. Thus, a resin protrusion having a high aspect ratio can be formed, so that stress applied to the resin protrusion when mounted on a printed wiring board can be dispersed. As a result, the occurrence of cracks can be suppressed, so that the reliability of the entire semiconductor package can be improved.
[0083]
According to the fourth aspect of the present invention, the step of forming the resin protrusion is performed by repeatedly performing a deposition forming step of depositing resin dots having a diameter of 20 μm in a column shape and a firing step of firing the deposited resin. By curing the deposited resin to form a base and then depositing the resin again, the resin can be stacked higher. As a result, a resin protrusion having a higher aspect ratio can be formed as compared with the related art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor package according to an embodiment of the present invention in the order of steps.
2A is a diagram showing a state immediately after the discharged non-photosensitive acrylic resin is discharged, and FIG. 2B is a diagram showing a resin protrusion 4 completed after hard baking.
FIG. 3 is a table showing a measurement result of a resin film thickness at each point on the semiconductor device according to the first embodiment.
FIG. 4 is a table showing measurement results of a resin film thickness at each point on a semiconductor device according to a comparative example.
FIG. 5 is a diagram illustrating a process of manufacturing the resin protrusion 4 according to the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a cross section of an electrode terminal of the semiconductor device according to the first modification.
FIG. 7 is a diagram showing a cross section of an electrode terminal of a semiconductor device according to a second modification.
FIG. 8 is a diagram showing a cross section of an electrode terminal in a conventional semiconductor device.
FIG. 9 is a sectional view showing a conventional method of manufacturing a semiconductor package in the order of steps.
[Explanation of symbols]
1 ... Wafer
2 ... Electrode
3. Insulating layer
4: Resin protrusion
5. Rewiring layer
6 ... conductive layer
7 ... sealing resin layer
8… Bump
101 ... wafer
102 ... electrode
103 ... insulating layer
104 ... resin protrusion
105 ... Rewiring layer
106: conductive layer
107: sealing resin layer
108 ... bump
110 ... resist mask

Claims (5)

電極が設けられたウエハ上に絶縁層を形成し、該絶縁層で覆われた前記電極上を開口して露出させる工程と、前記電極から離れた前記絶縁層上に樹脂製突部を形成する工程と、前記電極から前記樹脂製突部まで導電性材料をパターニングし、該パターニングされた樹脂製突部上にはんだバンプを載置して、該樹脂製突部の周囲を樹脂で封止する半導体装置の製造方法であって、
前記樹脂製突部を形成する工程は、前記絶縁層上の任意の位置に、液状の樹脂を吐出して所定高さまで堆積後、熱処理して硬化することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an insulating layer on the wafer provided with the electrodes, opening and exposing the electrodes covered with the insulating layer, and forming a resin protrusion on the insulating layer remote from the electrodes; Patterning a conductive material from the electrode to the resin protrusion, placing a solder bump on the patterned resin protrusion, and sealing the periphery of the resin protrusion with resin. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the step of forming the resin protrusion includes discharging a liquid resin to an arbitrary position on the insulating layer, depositing the resin to a predetermined height, and heat-treating the resin.
前記樹脂製突部を形成する工程は、
前記液状の樹脂を所定高まで堆積し熱処理する第1工程と、前記第1工程後、前記堆積・熱処理された樹脂上に更に液状の樹脂を堆積し熱処理を行う第2工程を有する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。
The step of forming the resin protrusion is:
A first step of depositing the liquid resin to a predetermined height and heat-treating; and, after the first step, a second step of further depositing and heat-treating the liquid resin on the deposited and heat-treated resin. 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein
前記液状の樹脂は、粘度400dPa・sの非感光性アクリル樹脂であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein the liquid resin is a non-photosensitive acrylic resin having a viscosity of 400 dPa · s. 4. 前記液状の樹脂は、粘度500dPa・sの非感光性ポリイミド樹脂であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein the liquid resin is a non-photosensitive polyimide resin having a viscosity of 500 dPa · s. 4. 前記液状の樹脂の1滴当たりの吐出量は、吐出後20μmの広がり、且つ20μmの高さを有する量であることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein a discharge amount of the liquid resin per droplet is an amount having a spread of 20 μm and a height of 20 μm after the discharge. 4.
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