JP2004221418A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の半導体装置に対応するサイズのベース板31上に、例えばビルドアップ材と呼ばれるシート状の一の絶縁材材料13aを配置し、その上にCSPと呼ばれる半導体構成体2をフェースダウン状態で配置する。次に、半導体構成体2間に、例えばプリプレグ材と呼ばれる格子状でシート状の他の絶縁材材料12a、12bを配置する。次に、一対の加熱加圧板を用いて加熱加圧すると、他の絶縁材材料12a、12b中の溶融された熱硬化性樹脂が押し出され、隙間33に充填される。この場合、一の絶縁材材料13aの下面は平坦面となる。そして、ベース板31を除去し、フェースアップ状態とした半導体構成体2上の一の絶縁材材料13a上に半田ボール等を形成し、ダイシングすると、半田ボールを備えた半導体装置が複数個得られる。
【選択図】 図9
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯電話に代表されるような携帯型電子機器の小型化に相俟ってCSP(chip size package)と呼ばれる半導体装置が開発されている。このCSPは、複数の外部接続用の接続パッドが形成されたベアーの半導体装置の上面にパッシベーション膜(中間絶縁膜)を設け、このパッシベーション膜の各接続パッドの対応部に開口部を形成し、該開口部を介して各接続パッドに接続される再配線を形成し、各再配線の他端部側に柱状の外部接続用電極を形成するとともに、各外部接続用電極間に封止材を充填したものである。このような、CSPによれば、各柱状の外部接続用電極上に半田ボールを形成しておくことにより、接続端子を有する回路基板にフェースダウン方式でボンディングすることができ、実装面積をほぼベアーの半導体装置と同一のサイズとすることが可能となるので、従来のワイヤーボンディング等を用いたフェースアップ方式のボンディング方法に比し、電子機器を大幅に小型化することが可能である。このような、CSPにおいて、生産性を高めるために、ウエハ状態の半導体基板にパッシベーション膜、再配線、外部接続用電極、および封止材を形成し、さらに、封止材で覆われずに露出された外部接続用電極の上面に半田ボールを設けた後、ダイシングラインで切断するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−168128号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の半導体装置では、集積化が進むに従って、外部接続用電極の数が増加すると、次のような問題があった。すなわち、上述した如く、CSPは、ベアーの半導体装置の上面に外部接続用電極を配列するので、通常は、マトリクス状に配列するのであるが、そのために、外部接続用電極数の多い半導体装置の場合には、外部接続用電極のサイズおよびピッチが極端に小さくなってしまう欠点を有しており、このため、ベアーの半導体装置のサイズの割に外部接続用電極が多いものには適用できないものであった。すなわち、外部接続用電極のサイズおよびピッチが極端に小さくなれば、回路基板との位置合わせが困難であるばかりでなく、接合強度が不足する、ボンディング時に電極間の短絡が発生する、通常はシリコン基板からなる半導体基板と回路基板の線膨張係数の差に起因して発生する応力により外部接続用電極が破壊される等の致命的な問題が発生するのである。
【0005】
そこで、この発明は、外部接続用電極の数が増加しても、そのサイズおよびピッチを必要な大きさにすることが可能となる新規な半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、半導体基板上に設けられた複数の外部接続用電極を有する少なくとも1つの半導体構成体と、少なくとも前記半導体構成体の側方に設けられた第1の絶縁シートと、少なくとも前記半導体構成体上に設けられた第2の絶縁シートと、前記半導体構成体の外部接続用電極に接続されて設けられ且つ接続パッド部を有する少なくとも1層の上層再配線とを備え、前記上層再配線のうち、最上層の上層再配線の少なくとも一部の接続パッド部は前記第1の絶縁シート上に対応して配置されていることを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記半導体構成体を複数個備えていることを特徴とする半導体装置。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第1の絶縁シートは前記半導体構成体の側方に設けられ、前記第2の絶縁シートは前記半導体構成体および前記第1の絶縁シート上に設けられていることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記第2の絶縁シートの上面は平坦であることを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第2の絶縁シートは前記半導体構成体上に設けられ、前記第1の絶縁シートは前記半導体構成体および前記第2の絶縁シートの側方に設けられていることを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、前記第1および第2の絶縁シートの上面は平坦であることを特徴とするものである。
請求項7に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記半導体構成体は、接続パッドと、該接続パッドに接続された柱状の外部接続用電極と、該外部接続用電極の周囲に設けられた封止膜とを含むことを特徴とするものである。
請求項8に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第1の絶縁シートは繊維に熱硬化性樹脂が含浸された材料からなることを特徴とするものである。
請求項9に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記最上層の上層再配線の接続パッド部を除く部分を覆う上層絶縁膜を有することを特徴とするものである。
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の発明において、前記最上層の上層再配線の接続パッド部上に突起電極が設けられていることを特徴とするものである。
請求項11に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、少なくとも前記第1の絶縁シートの下面に下層再配線が設けられ、前記上層再配線のうちの最下層の上層再配線と前記下層再配線とは少なくとも前記第1の絶縁シート内に設けられた上下導通部を介して接続されていることを特徴とするものである。
請求項12に記載の発明は、ベース板上に、各々が半導体基板上に設けられた複数の外部接続用電極を有する複数の半導体構成体をフェースダウン状態で相互に離間させて配置し、且つ、前記各半導体構成体に対応する部分に開口部を有する少なくとも1枚の絶縁シートを配置する工程と、前記絶縁シートを加熱加圧して、前記半導体構成体間に前記絶縁シートを溶融し、固化する工程と、前記ベース板を除去する工程と、接続パッド部を有し且ついずれかの前記半導体構成体の対応する前記外部接続用電極に接続される少なくとも1層の上層再配線を、該上層再配線のうち、最上層の上層再配線の接続パッド部が前記絶縁シート上に対応して配置されるように形成する工程と、前記半導体構成体間における前記絶縁シートを切断して前記最上層の上層再配線の接続パッド部が前記絶縁シート上に配置された半導体装置を複数個得る工程とを有することを特徴とするものである。請求項13に記載の発明は、請求項12に記載の発明において、前記絶縁シートを配置する工程は、少なくとも前記半導体構成体の面積を有する他の絶縁シートを前記半導体構成体と前記ベース板間に介在して前記半導体構成体を前記ベース板上に配置する工程を含むことを特徴とするものである。
請求項14に記載の発明は、請求項12に記載の発明において、前記半導体構成体は、接続パッドと、該接続パッドに接続された柱状の外部接続用電極と、該外部接続用電極の周囲に設けられた封止膜とを含むことを特徴とするものである。
請求項15に記載の発明は、請求項12に記載の発明において、前記絶縁シートの切断は、前記半導体構成体が複数個含まれるように切断することを特徴とするものである。
請求項16に記載の発明は、請求項12に記載の発明において、前記加熱加圧処理は、加圧制限面を設けて行なうことを特徴とするものである。
請求項17に記載の発明は、請求項12に記載の発明において、前記絶縁シートの開口部のサイズは前記半導体構成体のサイズよりもやや大きくなっていることを特徴とするものである。
請求項18に記載の発明は、請求項17に記載の発明において、前記ベース板上に配置する前記絶縁シートの厚さは前記半導体構成体の厚さよりも厚いものであることを特徴とするものである。
請求項19に記載の発明は、請求項12に記載の発明において、前記絶縁シートは繊維に熱硬化性樹脂を含浸された材料からなることを特徴とするものである。
請求項20に記載の発明は、請求項12に記載の発明において、前記最上層の上層再配線の接続パッド部を除く部分を覆う上層絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とするものである。
請求項21に記載の発明は、請求項20に記載の発明において、前記最上層の上層再配線の接続パッド部上に突起電極を形成する工程を有することを特徴とするものである。
請求項22に記載の発明は、請求項12に記載の発明において、前記上層再配線形成工程前に、少なくとも前記絶縁シートに貫通孔を形成し、少なくとも前記絶縁シートの下面に下層再配線を形成し、さらに前記貫通孔内に前記上層再配線と前記下層再配線とを接続する上下導通部を形成する工程を有することを特徴とするものである。
請求項23に記載の発明は、請求項12に記載の発明において、前記上層再配線形成工程前に、少なくとも前記絶縁シートの下面に金属箔を設け、少なくとも前記絶縁シートに貫通孔を形成し、該貫通孔内に上下導通部を前記金属箔に接続させて形成し、前記上層再配線形成工程で前記上層再配線を形成するとともに少なくとも前記絶縁シートの下面に下層再配線を前記上下導通部を介して前記上層再配線に接続させて形成する工程を有することを特徴とするものである。
請求項24に記載の発明は、請求項22または23に記載の発明において、前記下層再配線を覆う絶縁層を形成する工程を有することを特徴とするものである。
そして、この発明によれば、半導体構成体の側方に設けられた第1の絶縁シート上に最上層の上層再配線の少なくとも一部の接続パッド部を配置しているので、最上層の上層再配線の接続パッド部(外部接続用電極)の数が増加しても、そのサイズおよびピッチを必要な大きさにすることが可能となる。
【0007】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1はこの発明の第1実施形態としての半導体装置の断面図を示したものである。この半導体装置は、ソルダーレジスト等からなる平面矩形形状の絶縁層1を備えている。絶縁層1は、後述するシリコン基板の下面を保護するためのものである。
【0008】
絶縁層1の上面中央部には、絶縁層1のサイズよりもやや小さいサイズの平面矩形形状の半導体構成体2の下面が接合されている。この場合、半導体構成体2は、後述する再配線、柱状電極、封止膜を有しており、一般的にはCSPと呼ばれるものであり、特に、後述の如く、シリコンウエハ上に再配線、柱状電極、封止膜を形成した後、ダイシングにより個々の半導体構成体2を得る方法を採用しているため、特に、ウエハレベルCSP(W−CSP)とも言われている。以下に、半導体構成体2の構成を説明する。
【0009】
半導体構成体2はシリコン基板(半導体基板)3を備えており、絶縁層1上に接合されている。シリコン基板3の上面中央部には集積回路(図示せず)が設けられ、上面周辺部にはアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド(外部接続用電極)4が集積回路に接続されて設けられている。接続パッド4の中央部を除くシリコン基板3の上面には酸化シリコン等からなる絶縁膜5が設けられ、接続パッド4の中央部は絶縁膜5に設けられた開口部6を介して露出されている。
【0010】
シリコン基板3上に設けられた絶縁膜5の上面にはエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなる保護膜(絶縁膜)7が設けられている。この場合、絶縁膜5の開口部6に対応する部分における保護膜7には開口部8が設けられている。両開口部6、8を介して露出された接続パッド4の上面から保護膜7の上面の所定の箇所にかけて銅等からなる再配線9が設けられている。
【0011】
再配線9の接続パッド部上面には銅からなる柱状電極(外部接続用電極)10が設けられている。再配線9を含む保護膜7の上面にはエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなる封止膜(絶縁膜)11がその上面が柱状電極10の上面と面一となるように設けられている。このように、W−CSPと呼ばれる半導体構成体2は、シリコン基板3、接続パッド4、絶縁膜5を含み、さらに、保護膜7、再配線9、柱状電極10、封止膜11を含んで構成されている。
【0012】
半導体構成体2の周囲における絶縁層1の上面には矩形枠状の第1の絶縁材(絶縁シート)12がその上面が半導体構成体2の上面とほぼ面一となるように設けられている。半導体構成体2および第1の絶縁材12の上面には第2の絶縁材(絶縁シート)13がその上面を平坦とされて設けられている。
【0013】
第1の絶縁材12は、通常、プリプレグ材と言われるもので、例えば、ガラス繊維にエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させたものである。また、第2の絶縁材13は、ビルドアップ基板に用いられる、通常、ビルドアップ材と言われるもので、例えば、エポキシ系樹脂やBT樹脂等の熱硬化性樹脂中に繊維やフィラー等の補強材を含有させたものからなっている。この場合、繊維は、ガラス繊維やアラミド繊維等である。フィラーは、シリカフィラーやセラミックス系フィラー等である。
【0014】
柱状電極10の上面中央部に対応する部分における第2の絶縁材13には開口部14が設けられている。開口部14を介して露出された柱状電極10の上面から第2の絶縁材13の上面の所定の箇所にかけて銅等からなる上層再配線15が設けられている。
【0015】
上層再配線15を含む第2の絶縁材13の上面にはソルダーレジスト等からなる上層絶縁膜16が設けられている。上層再配線15の接続パッド部に対応する部分における上層絶縁膜16には開口部17が設けられている。開口部17内およびその上方には半田ボールからなる突起電極18が上層再配線15の接続パッド部に接続されて設けられている。複数の突起電極18は、上層絶縁膜16上にマトリクス状に配置されている。
【0016】
ところで、絶縁層1のサイズを半導体構成体2のサイズよりもやや大きくしているのは、シリコン基板3上の接続パッド4の数の増加に応じて、突起電極18の配置領域を半導体構成体2のサイズよりもやや大きくし、これにより、上層再配線15の接続パッド部(上層絶縁膜16の開口部17内の部分)のサイズおよびピッチを柱状電極10のサイズおよびピッチよりも大きくするためである。
【0017】
このため、マトリクス状に配置された上層再配線15の接続パッド部は、半導体構成体2に対応する領域のみでなく、半導体構成体2の周側面の外側に設けられた第1の絶縁材12に対応する領域上にも配置されている。つまり、マトリクス状に配置された突起電極18のうち、少なくとも最外周の突起電極18は半導体構成体2よりも外側に位置する周囲に配置されている。
【0018】
このように、この半導体装置では、シリコン基板3上に、接続パッド4、絶縁膜5を有するのみでなく、保護膜7、再配線9、柱状電極10、封止膜11等をも形成した半導体構成体2の周囲およびそれらの上面に第1および第2の絶縁材12、13を設け、第2の絶縁材13の上面に、該第2の絶縁材13に形成された開口部14を介して柱状電極10に接続される上層再配線15を設ける構成を特徴としている。
【0019】
この場合、第2の絶縁材13の上面が平坦であることにより、後述する如く、以降の工程で形成する上層再配線15や突起電極18の上面の高さ位置を均一にし、ボンディング時の信頼性を向上することができる。
【0020】
次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明するに、まず、半導体構成体2の製造方法の一例について説明する。この場合、まず、図2に示すように、ウエハ状態のシリコン基板(半導体基板)3上にアルミニウム系金属等からなる接続パッド4、酸化シリコン等からなる絶縁膜5およびエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなる保護膜7が設けられ、接続パッド4の中央部が絶縁膜5および保護膜7に形成された開口部6、8を介して露出されたものを用意する。
上記において、ウエハ状態のシリコン基板3には、各半導体構成体が形成される領域に所定の機能の集積回路が形成され、接続パッド4は、それぞれ、対応する領域に形成された集積回路に電気的に接続されているものである。
【0021】
次に、図3に示すように、両開口部6、8を介して露出された接続パッド4の上面を含む保護膜7の上面全体に下地絶縁層9aを形成する。この場合、下地絶縁層9aは、無電解メッキにより形成された銅層のみであってもよく、またスパッタにより形成された銅層のみであってもよく、さらにスパッタにより形成されたチタン等の薄膜層上にスパッタにより銅層を形成したものであってもよい。これは、後述する上層再配線15の下地金属層の場合も同様である。
【0022】
次に、下地絶縁層9aの上面にメッキレジスト膜21をパターン形成する。この場合、再配線9形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜21には開口部22が形成されている。次に、下地絶縁層9aをメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜21の開口部22内の下地絶縁層9aの上面に上層絶縁層9bを形成する。次に、メッキレジスト膜21を剥離する。
【0023】
次に、図4に示すように、上層絶縁層9bを含む下地絶縁層9aの上面にメッキレジスト膜23をパターン形成する。この場合、柱状電極10形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜23には開口部24が形成されている。次に、下地絶縁層9aをメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜23の開口部24内の上層絶縁層9bの接続パッド部上面に柱状電極10を形成する。
【0024】
次に、メッキレジスト膜23を剥離し、次いで、柱状電極10および上層絶縁層9bをマスクとして下地絶縁層9aの不要な部分をエッチングして除去すると、図5に示すように、上層絶縁層9b下にのみ下地絶縁層9aが残存され、この残存された下地絶縁層9aおよびその上面全体に形成された上層絶縁層9bにより再配線9が形成される。
【0025】
次に、図6に示すように、スクリーン印刷法、スピンコーティング法、ダイコート法等により、柱状電極10および再配線9を含む保護膜7の上面全体にエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなる封止膜11をその厚さが柱状電極10の高さよりも厚くなるように形成する。したがって、この状態では、柱状電極10の上面は封止膜11によって覆われている。次に、封止膜11および柱状電極10の上面側を適宜に研磨し、図7に示すように、柱状電極10の上面を露出させ、且つ、この露出された柱状電極10の上面を含む封止膜11の上面を平坦化する。次に、図8に示すように、ダイシング工程を経ると、図1に示す半導体構成体2が複数個得られる。
【0026】
ここで、柱状電極10の上面側を適宜に研磨するのは、電解メッキにより形成される柱状電極10の高さにばらつきがあるため、このばらつきを解消して、柱状電極10の高さを均一にするためである。また、この場合、軟質の銅からなる柱状電極10とエポキシ系樹脂等からなる封止膜11とを同時に研磨するため、適宜な粗さの砥石を備えたグラインダーを用いている。
【0027】
次に、以上のようにして得られた半導体構成体2を用いて、図1に示す半導体装置を製造する場合の一例について説明する。まず、図9に示すように、図1に示す半導体装置の複数個分に対応する大きさで、限定する意味ではないが、平面形状が長方形、好ましくは、ほぼ正方形のアルミニウム等の金属からなるベース板31を用意する。なお、ベース板31は、ガラス、セラミックス、樹脂等の絶縁材であってもよい。
【0028】
次に、ベース板31の上面全体にシート状の一の絶縁材材料13aを貼り付ける。この場合、一の絶縁材材料13aは、限定する意味ではないが、ビルドアップ材が好ましく、このビルドアップ材としては、エポキシ系樹脂やBT樹脂等の熱硬化性樹脂中にシリカフィラーを混入させ、熱硬化性樹脂を半硬化状態にしたものがある。しかしながら、一の絶縁材材料13aとして、上述のプリプレグ材、またはフィラーが混入されない、熱硬化性樹脂のみからなる材料を用いることもできる。そして、熱硬化性樹脂を加熱加圧により半硬化状態にして、ベース板31の上面全体にシート状の一の絶縁材材料13aを貼り付ける。
【0029】
次に、一の絶縁材材料13aの上面の所定の複数箇所に、それぞれ、図8に示す半導体構成体2の上下を反転してフェースダウンとした状態で配置する。次に、半導体構成体2を加熱加圧して、一の絶縁材材料13a中の熱硬化性樹脂を仮硬化させ、一の絶縁材材料13aの下面をベース板31の上面に仮固着する。
【0030】
次に、半導体構成体2間および最外周に配置された半導体構成体2の外側における一の絶縁材材料13aの上面に格子状でシート状の2枚の他の絶縁材材料12a、12bを位置決めしながら積層して配置する。格子状の他の絶縁材材料12a、12bは、ガラス繊維にエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させ、熱硬化性樹脂を半硬化状態にしてシート状となしたプリプレグ材に、型抜き加工やエッチング等により複数の矩形形状の開口部32を形成することにより得られる。
【0031】
この場合、他の絶縁材材料12a、12bは、平坦性を得るためにシート状であることが必要であるが、材料は、必ずしもプリプレグ材に限られるものではなく、熱硬化性樹脂や、熱硬化性樹脂中にガラス繊維やシリカフィラー等の補強材を分散させたものでもよい。
【0032】
ここで、他の絶縁材材料12a、12bの開口部32のサイズは半導体構成体2のサイズよりもやや大きくなっている。このため、他の絶縁材材料12a、12bと半導体構成体2との間には隙間33が形成されている。この隙間33の間隔は、一例として、0.2mm程度である。また、他の絶縁材材料12a、12bの合計厚さは、半導体構成体2の厚さよりも厚く、後述の如く、加熱加圧されたときに、隙間33を十分に埋めることができる程度の厚さとなっている。
【0033】
この場合、他の絶縁材材料12a、12bとして、厚さが同じものを用いているが、厚さが異なるものを用いてもよい。また、他の絶縁材材料は、上記の如く、2層であってもよいが、1層または3層以上であってもよい。なお、一の絶縁材材料13aの厚さは、図1において、半導体構成体2上に形成すべき第2の絶縁材13の厚さに対応する厚さまたはそれよりもやや厚い厚さとなっている。
【0034】
次に、図10に示す一対の加熱加圧板34、35を用いて一の絶縁材材料13aおよび他の絶縁材材料12a、12bを加熱加圧する。すると、他の絶縁材材料12a、12b中の溶融された熱硬化性樹脂が押し出されて、図9に示す、他の絶縁材材料12a、12bと半導体構成体2との間の隙間33に充填され、その後の冷却により各半導体構成体2に固着した状態で固化する。かくして、図10に示すように、ベース板31の上面に補強材を含む熱硬化性樹脂からなる第2の絶縁材13が固着されて形成されるとともに、第2の絶縁材13の上面に各半導体構成体2が固着され、さらに第2の絶縁材13の上面に補強材を含む熱硬化性樹脂からなる第1の絶縁材12が固着されて形成される。
【0035】
この場合、図7に示すように、ウエハ状態において、半導体構成体2の柱状電極10の高さは均一とされ、且つ、柱状電極10の上面を含む封止膜11の上面は平坦化されているため、図10に示す状態において、複数の半導体構成体2の各厚さは同じである。
【0036】
そこで、図10に示す状態において、半導体構成体2の上面よりも補強材(例えば、シリカフィラー)の直径だけ高い仮想面を加圧制限面として加熱加圧を行なうと、半導体構成体2下における第2の絶縁材13の厚さはその中の補強材(例えば、シリカフィラー)の直径と同じとなる。また、一対の加熱加圧板34、35を備えたプレス装置として、オープンエンド型(開放型)の平面プレス装置を用いると、絶縁材材料12a、12b、13a中の余分の熱硬化性樹脂は一対の加熱加圧板34、35の外側に押し出される。
【0037】
この結果、第1の絶縁材12の上面は半導体構成体2の上面と面一となる。また、第2の絶縁材13の下面は、下側の加熱加圧板34の上面によって規制されるため、平坦面となる。したがって、第1の絶縁材12の上面および第2の絶縁材13の下面を平坦化するための研磨工程は不要である。このため、ベース板31のサイズが例えば500×500mm程度と比較的大きくても、その上に配置された複数の半導体構成体2に対して第1および第2の絶縁材12、13の平坦化を一括して簡単に行なうことができる。
【0038】
さらに、第1および第2の絶縁材12、13は、熱硬化性樹脂中に繊維やフィラー等の補強材を含有させたものからなっているので、熱硬化性樹脂のみからなる場合と比較して、熱硬化性樹脂の硬化時の収縮による応力を小さくすることができ、ひいてはベース板31が反りにくいようにすることができる。
【0039】
なお、図10に示す製造工程において、上面側からは加圧のみとし、加熱はベース板31の下面側をヒーター等で行なうというように、加熱と加圧は別々の手段で行ってもよいし、加圧と加熱とを別の工程で行なうようにすることもできる。
【0040】
さて、図10に示す製造工程が終了すると、半導体構成体2と第1、第2の絶縁材12、13とは一体化されるため、これらのみで必要な強度を維持することができる。そこで、次に、ベース板31を研磨やエッチング等により除去する。
これは、後述するダイシングでの負荷を軽減するためと、製品としての半導体装置の厚さを薄くするためである。
【0041】
次に、図10に示す半導体構成体2と第1、第2の絶縁材12、13とが一体化されたものの上下を反転してフェースアップ状態として、図11に示すように、レーザビームを照射するレーザ加工により、柱状電極10の上面中央部に対応する部分における第2の絶縁材13に開口部14を形成する。次に、必要に応じて、開口部14内等に発生したエポキシスミア等をデスミア処理により除去する。
【0042】
次に、図12に示すように、開口部14を介して露出された柱状電極10の上面を含む第2の絶縁材13の上面全体に上層再配線形成用層15aを形成する。
この場合、上層再配線形成用層15aは、例えば無電解メッキによる銅からなる下地金属層と、該下地金属層をメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、該下地金属層の上面に形成された上層金属層とからなっている。
【0043】
次に、上層再配線形成用層15aをフォトリソグラフィ法によりパターニングすると、図13に示すように、第2の絶縁材13の上面の所定の箇所に上層再配線15が形成される。この状態では、上層再配線15は第1の絶縁材12の開口部14を介して柱状電極10の上面に接続されている。
【0044】
次に、図14に示すように、スクリーン印刷法やスピンコーティング法等により、上層再配線15を含む第2の絶縁材13の上面全体にソルダーレジストからなる上層絶縁膜16を形成する。この場合、上層再配線15の接続パッド部に対応する部分における上層絶縁膜16には開口部17が形成されている。また、シリコン基板3および第1の絶縁材12の下面にスピンコーティング法等によりソルダーレジストからなる絶縁層1を形成する。次に、開口部17内およびその上方に突起電極18を上層再配線15の接続パッド部に接続させて形成する。
【0045】
次に、図15に示すように、互いに隣接する半導体構成体2間において、上層絶縁膜16、第1、第2の絶縁材12、13および絶縁層1を切断すると、図1に示す半導体装置が複数個得られる。
【0046】
このようにして得られた半導体装置では、半導体構成体2の柱状電極10に接続される上層再配線15を無電解メッキ(またはスパッタ)および電解メッキにより形成しているので、半導体構成体2の柱状電極10と上層再配線15との間の導電接続を確実とすることができる。
【0047】
また、上記製造方法では、ベース板31上に配置された一の絶縁材材料13a上に複数の半導体構成体2を配置し、複数の半導体構成体2に対して第1、第2の絶縁材12、13の形成を一括して行い、次いでベース板31を除去し、複数の半導体構成体2に対して上層再配線15、上層絶縁膜16および突起電極18の形成を一括して行い、その後に分断して複数個の半導体装置を得ているので、製造工程を簡略化することができる。
【0048】
また、図10に示す製造工程以降では、ベース板31を除去しても、第1、第2の絶縁材12、13と共に複数の半導体構成体2を搬送することができるので、これによっても製造工程を簡略化することができる。さらに、上記製造方法では、図9に示すように、半導体構成体2をベース板31上に一の絶縁材材料13aを介して固着しているので、それ専用の接着剤を必要とせず、またベース板31を除去するとき、ベース板31のみを除去すればよく、これによっても製造工程を簡略化することができる。
【0049】
なお、上記実施形態においては、突起電極18を、半導体構成体2上およびその周囲の第1の絶縁材12上の全面に対応してマトリクス状に配列されるよう設けているが、突起電極18を半導体構成体2の周囲の第1の絶縁材12上に対応する領域上にのみ設けるようにしてもよい。その場合、突起電極18を半導体構成体2の全周囲ではなく、半導体構成体2の4辺の中、1〜3辺の側方のみに設けてもよい。また、このような場合には、第1の絶縁材12を矩形枠状のものとする必要はなく、突起電極18を設ける辺の側方のみに配置されるようにしてもよい。
【0050】
(第2実施形態)
図16はこの発明の第2実施形態としての半導体装置の断面図を示したものである。この半導体装置において、図1に示す半導体装置と異なる点は、絶縁層1を備えていないことである。
【0051】
この第2実施形態の半導体装置を製造する場合には、図14に示す製造工程において、シリコン基板3および第1の絶縁材12の下面に絶縁層1を形成せず、突起電極18を形成した後に、互いに隣接する半導体構成体2間において、上層絶縁膜16および第1、第2の絶縁材12、13を切断すると、図16に示す半導体装置が複数個得られる。このようにして得られた半導体装置では、絶縁層1を備えていないので、その分だけ、薄型化することができる。
【0052】
(第3実施形態)
図17はこの発明の第3実施形態としての半導体装置の断面図を示したものである。この半導体装置は、例えば、図16に示された状態において、シリコン基板3および第1の絶縁材12の下面側を適宜に研磨し、次いで互いに隣接する半導体構成体2間において、上層絶縁膜16および第1、第2の絶縁材12、13を切断すると、得られるものであり、このようにして得られた半導体装置では、さらに薄型化することができる。
【0053】
なお、突起電極18を形成する前に、絶縁層1を研磨やエッチング等により除去し(必要に応じてさらにシリコン基板3および第1の絶縁材12の下面側を適宜に研磨し)、次いで突起電極18を形成し、次いで互いに隣接する半導体構成体2間において、上層絶縁膜16および第1の絶縁材12を切断するようにしてもよい。
【0054】
(第4実施形態)
図18はこの発明の第4実施形態としての半導体装置の断面図を示したものである。この半導体装置において、図1に示す半導体装置と異なる点は、シリコン基板3および第1の絶縁材12の下面に接着層36を介して金属層37が接着されていることである。金属層37は、厚さ数十μmの銅箔等からなり、帯電を防止したり、シリコン基板3の集積回路への光の照射を防止したりするためのものである。
【0055】
この第4実施形態の半導体装置を製造する場合には、例えば、図14に示す製造工程において、シリコン基板3および第1の絶縁材12の下面に絶縁層1を形成せず、突起電極18を形成した後にまたは形成する前に、シリコン基板3および第1の絶縁材12の下面に接着層36を介して金属層37を接着し、次いで互いに隣接する半導体構成体2間において、上層絶縁膜16、第1、第2の絶縁材12、13、接着層36および金属層37を切断すると、図18に示す半導体装置が複数個得られる。この場合、シリコン基板3および第1の絶縁材12の下面側を適宜に研磨するようにしてもよい。
【0056】
(第5実施形態)
図19はこの発明の第5実施形態としての半導体装置の断面図を示したものである。この半導体装置において、図1に示す半導体装置と異なる点は、半導体構成体2の上面に第2の絶縁材13が設けられ、半導体構成体2および第2の絶縁材13の周囲における絶縁層1の上面に第1の絶縁材12が設けられていることである。
【0057】
この第5実施形態の半導体装置を製造する場合には、図7に示す製造工程後に、図20に示すように、柱状電極10の上面を含む封止膜11の上面全体にシー
ト状の一の絶縁材材料13aを貼り付ける。
【0058】
次に、図21に示すように、ダイシング工程を経ると、半導体構成体2が複数個得られる。ただし、この場合、半導体構成体2の柱状電極10の上面を含む封止膜11の上面にはシート状の一の絶縁材材料13aが貼り付けられている。このようにして得られた半導体構成体2では、その上面にシート状の一の絶縁材材料13aを有するため、ダイシング工程後に各半導体構成体2の上面にシート状の一の絶縁材材料13aをそれぞれ貼り付けるといった極めて面倒な作業が不要となる。
【0059】
次に、図22に示すように、ベース板31の上面の所定の複数箇所に、それぞれ、図21に示す半導体構成体2の上下を反転してフェースダウンとした状態で、その下面に貼り付けられた一の絶縁材材料13aをその適度の粘性を利用して貼り付ける。次に、加熱加圧により、一の絶縁材材料13a中の熱硬化性樹脂を仮硬化させ、一の絶縁材材料13aの下面をベース板31の上面に仮固着するとともに、半導体構成体2の下面を一の絶縁材材料13aの上面に仮固着する。次に、半導体構成体2間および最外周に配置された半導体構成体2の外側におけるベース板31の上面に、開口部32を有する格子状でシート状の2枚の他の絶縁材材料12a、12bを位置決めしながら積層して配置する。
【0060】
この場合も、他の絶縁材材料12a、12bの開口部32のサイズは半導体構成体2のサイズよりもやや大きくなっている。このため、他の絶縁材材料12a、12bと一の絶縁材材料13aを含む半導体構成体2との間には隙間33が形成されている。この隙間33の間隔は、一例として、0.2mm程度である。また、他の絶縁材材料12a、12bの合計厚さは、一の絶縁材材料13aを含む半導体構成体2の厚さよりも厚く、後述の如く、加熱加圧されたときに、隙間33を十分に埋めることができる程度の厚さとなっている。
【0061】
次に、図23に示す一対の加熱加圧板34、35を用いて一の絶縁材材料13aおよび他の絶縁材材料12a、12bを加熱加圧する。すると、他の絶縁材材料12a、12b中の溶融された熱硬化性樹脂が押し出されて、図22に示す、他の絶縁材材料12a、12bと一の絶縁材材料13aを含む半導体構成体2との間の隙間33に充填され、その後の冷却により各半導体構成体2および各半導体構成体2間のベース板31に固着した状態で固化する。
【0062】
かくして、図23に示すように、ベース板31の上面の所定の複数箇所に補強材を含む熱硬化性樹脂からなる第2の絶縁材13が固着して形成されるとともに、各第2の絶縁材13の上面に各半導体構成体2が固着され、さらに半導体構成体2間および最外周に配置された半導体構成体2の外側におけるベース板31の上面に補強材を含む熱硬化性樹脂からなる第1の絶縁材12が固着して形成される。以下、上記第1実施形態の場合と同様の製造工程を経ると、図19に示す半導体装置が得られる。
【0063】
(第6実施形態)
図24はこの発明の第6実施形態としての半導体装置の断面図を示したものである。この半導体装置において、図1に示す半導体装置と大きく異なる点は、シリコン基板3および第1の絶縁材12の下面に下層再配線41が形成され、この下層再配線41と上層再配線15とが半導体構成体2の周囲に設けられた第1、第2の絶縁材12、13の所定の箇所に形成された貫通孔42の内壁面に形成された上下導通部43を介して接続されていることである。
【0064】
この第6実施形態の半導体装置を製造する場合には、例えば、図10に示すような製造工程後に、まず、ベース板31を研磨やエッチング等により除去する。次に、図25に示すように、レーザ加工により、柱状電極10の上面中央部に対応する部分における第2の絶縁材13に開口部14を形成するとともに、半導体構成体2の周囲に設けられた第1、第2の絶縁材12、13の所定の箇所に貫通孔42を形成する。
【0065】
次に、図26に示すように、銅の無電解メッキおよび銅の電解メッキを連続して行なうことにより、開口部14を介して露出された柱状電極10の上面を含む第2の絶縁材13の上面全体に上層再配線形成用層15aを形成し、またシリコン基板3および第1の絶縁材12の下面全体に下層再配線形成用層41aを形成し、さらに貫通孔42の内壁面に上下導通部43を形成する。
【0066】
次に、上層再配線形成用層15aおよび下層再配線形成用層41aをフォトリソグラフィ法によりパターニングすると、例えば、図24に示すように、第2の絶縁材13の上面に上層再配線15が形成され、またシリコン基板3および第1の絶縁材12の下面に下層再配線41が形成され、さらに貫通孔42の内壁面に上下導通部43が残存される。
【0067】
次に、図24を参照して説明すると、上層再配線15を含む第2の絶縁材13の上面に開口部17を有するソルダーレジストからなる上層絶縁膜16を形成するとともに、下層再配線41を含むシリコン基板3および第1の絶縁材12の下面全体にソルダーレジストからなる下層絶縁膜44を形成する。この場合、上下導通部43の内部にはソルダーレジストが充填される。次に、突起電極18を形成し、次いで互いに隣接する半導体構成体2間において、上層絶縁膜16、第1、第2の絶縁材12、13および下層絶縁膜44を切断すると、図24に示す半導体装置が複数個得られる。
【0068】
(第7実施形態)
図27はこの発明の第7実施形態としての半導体装置の断面図を示したものである。この半導体装置において、図24に示す半導体装置と大きく異なる点は、下層再配線41が銅箔41aとその下面に設けられた銅層41bとによって形成され、また貫通孔42内に上下導通部43が隙間無く形成されていることである。
【0069】
この第7実施形態の半導体装置を製造する場合には、例えば、図10に示すような製造工程後に、まず、ベース板31を研磨やエッチング等により除去する。
次に、図28に示すように、シリコン基板3および第1の絶縁材12の下面全体に接着層45を介して銅箔41aを接着する。
【0070】
次に、図29に示すように、レーザ加工により、柱状電極10の上面中央部に対応する部分における第2の絶縁材13に開口部14を形成するとともに、半導体構成体2の周囲に設けられた第1、第2の絶縁材12、13および接着層45の所定の箇所に貫通孔42を形成する。この状態では、貫通孔42の下面側は銅箔41aによって覆われている。
【0071】
次に、図30に示すように、銅箔41aをメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、貫通孔42内の銅箔41aの上面に上下導通部43を形成する。この場合、上下導通部43の上面は貫通孔42の上面とほぼ同じかそれよりもやや低い位置となるようにするのが好ましい。
【0072】
次に、図31に示すように、銅の無電解メッキおよび銅の電解メッキを連続して行なうことにより、開口部14を介して露出された柱状電極10の上面および貫通孔43内の上下導通部43の上面を含む第2の絶縁材13の上面全体に上層再配線形成用層15aを形成し、また銅箔41aの下面全体に下層再配線形成用層41bを形成する。以下、上記第8実施形態の場合と同様の製造工程を経ると、図27に示す半導体装置が複数個得られる。
【0073】
(第8実施形態)
上記実施形態では、例えば、図1に示すように、第2の絶縁材13上に上層再配線15および上層絶縁膜16をそれぞれ1層ずつ形成した場合について説明したが、これに限らず、それぞれ2層ずつ以上としてもよく、例えば、図32に示すこの発明の第8実施形態のように、それぞれ2層ずつとしてもよい。
【0074】
すなわち、この半導体装置では、第2の絶縁材13の上面に第1の上層再配線51が第2の絶縁材13に形成された開口部14を介して柱状電極10の上面に接続されて形成されている。第1の上層再配線51を含む第2の絶縁材13の上面にはエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等からなる第1の上層絶縁膜52が設けられている。第1の上層絶縁膜52の上面には第2の上層再配線54が第1の上層絶縁膜52に形成された開口部53を介して第1の上層再配線51の接続パッド部上面に接続されて形成されている。
【0075】
第2の上層再配線54を含む第1の上層絶縁膜52の上面にはソルダーレジスト等からなる第2の上層絶縁膜55が設けられている。第2の上層再配線54の接続パッド部に対応する部分における第2の上層絶縁膜55には開口部56が設けられている。開口部56内およびその上方には突起電極18が第2の上層再配線54の接続パッド部に接続されて設けられている。
【0076】
(第9実施形態)
例えば、図15に示す場合には、互いに隣接する半導体構成体2間において切断したが、これに限らず、2個またはそれ以上の半導体構成体2を1組として切断し、例えば、図34に示すこの発明の第9実施形態のように、3個の半導体構成体2を1組として切断し、マルチチップモジュール型の半導体装置を得るようにしてもよい。この場合、3個で1組の半導体構成体2は同種、異種のいずれであってもよい。
【0077】
なお、上記各実施形態において、半導体構成体2は、外部接続用電極として、接続パッド4の他に、再配線9、柱状電極10を有するものとしたが、本発明は、半導体構成体2の外部接続用電極として接続パッド4のみを有するもの、或いは接続パッド4、および接続パッド部を有する再配線9を有するものに適用することが可能である。
【0078】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、半導体構成体の側方に設けられた第1の絶縁材上に最上層の上層再配線の少なくとも一部の接続パッド部を配置しているので、最上層の上層再配線の接続パッド部の数が増加しても、そのサイズおよびピッチを必要な大きさにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施形態としての半導体装置の断面図。
【図2】図1に示す半導体装置の製造方法の一例において、当初用意したものの断面図。
【図3】図2に続く製造工程の断面図。
【図4】図3に続く製造工程の断面図。
【図5】図4に続く製造工程の断面図。
【図6】図5に続く製造工程の断面図。
【図7】図6に続く製造工程の断面図。
【図8】図7に続く製造工程の断面図。
【図9】図8に続く製造工程の断面図。
【図10】図9に続く製造工程の断面図。
【図11】図10に続く製造工程の断面図。
【図12】図11に続く製造工程の断面図。
【図13】図12に続く製造工程の断面図。
【図14】図13に続く製造工程の断面図。
【図15】図14に続く製造工程の断面図。
【図16】この発明の第2実施形態としての半導体装置の断面図。
【図17】この発明の第3実施形態としての半導体装置の断面図。
【図18】この発明の第4実施形態としての半導体装置の断面図。
【図19】この発明の第5実施形態としての半導体装置の断面図。
【図20】図19に示す半導体装置の製造方法の一例において、所定の製造工程の断面図。
【図21】図20に続く製造工程の断面図。
【図22】図21に続く製造工程の断面図。
【図23】図22に続く製造工程の断面図。
【図24】この発明の第6実施形態としての半導体装置の断面図。
【図25】図24に示す半導体装置の製造方法の一例において、所定の製造工程の断面図。
【図26】図25に続く製造工程の断面図。
【図27】この発明の第7実施形態としての半導体装置の断面図。
【図28】図27に示す半導体装置の製造方法の一例において、所定の製造工程の断面図。
【図29】図28に続く製造工程の断面図。
【図30】図29に示す半導体装置の製造方法の一例において、所定の製造工程の断面図。
【図31】図30に続く製造工程の断面図。
【図32】この発明の第8実施形態としての半導体装置の断面図。
【図33】この発明の第9実施形態としての半導体装置の断面図。
【符号の説明】
1 絶縁層
2 半導体構成体
3 シリコン基板
4 接続パッド
9 再配線
10 柱状電極
11 封止膜
12 第1の絶縁材(絶縁シート)
13 第2の絶縁材(絶縁シート)
15 上層再配線
16 上層絶縁膜
18 突起電極
Claims (24)
- 半導体基板上に設けられた複数の外部接続用電極を有する少なくとも1つの半導体構成体と、少なくとも前記半導体構成体の側方に設けられた第1の絶縁シートと、少なくとも前記半導体構成体上に設けられた第2の絶縁シートと、前記半導体構成体の外部接続用電極に接続されて設けられ且つ接続パッド部を有する少なくとも1層の上層再配線とを備え、前記上層再配線のうち、最上層の上層再配線の少なくとも一部の接続パッド部は前記第1の絶縁シート上に対応して配置されていることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1に記載の発明において、前記半導体構成体を複数個備えていることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1に記載の発明において、前記第1の絶縁シートは前記半導体構成体の側方に設けられ、前記第2の絶縁シートは前記半導体構成体および前記第1の絶縁シート上に設けられていることを特徴とする半導体装置。
- 請求項3に記載の発明において、前記第2の絶縁シートの上面は平坦であることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1に記載の発明において、前記第2の絶縁シートは前記半導体構成体上に設けられ、前記第1の絶縁シートは前記半導体構成体および前記第2の絶縁シートの側方に設けられていることを特徴とする半導体装置。
- 請求項5に記載の発明において、前記第1および第2の絶縁シートの上面は平坦であることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1に記載の発明において、前記半導体構成体は、接続パッドと、該接続パッドに接続された柱状の外部接続用電極と、該外部接続用電極の周囲に設けられた封止膜とを含むことを特徴とする半導体装置。
- 請求項1に記載の発明において、前記第1の絶縁シートは繊維に熱硬化性樹脂が含浸された材料からなることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1に記載の発明において、前記最上層の上層再配線の接続パッド部を除く部分を覆う上層絶縁膜を有することを特徴とする半導体装置。
- 請求項9に記載の発明において、前記最上層の上層再配線の接続パッド部上に突起電極が設けられていることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1に記載の発明において、少なくとも前記第1の絶縁シートの下面に下層再配線が設けられ、前記上層再配線のうちの最下層の上層再配線と前記下層再配線とは少なくとも前記第1の絶縁シート内に設けられた上下導通部を介して接続されていることを特徴とする半導体装置。
- ベース板上に、各々が半導体基板上に設けられた複数の外部接続用電極を有する複数の半導体構成体をフェースダウン状態で相互に離間させて配置し、且つ、前記各半導体構成体に対応する部分に開口部を有する少なくとも1枚の絶縁シートを配置する工程と、
前記絶縁シートを加熱加圧して、前記半導体構成体間に前記絶縁シートを溶融し、固化する工程と、
前記ベース板を除去する工程と、
接続パッド部を有し且ついずれかの前記半導体構成体の対応する前記外部接続用電極に接続される少なくとも1層の上層再配線を、該上層再配線のうち、最上層の上層再配線の接続パッド部が前記絶縁シート上に対応して配置されるように形成する工程と、
前記半導体構成体間における前記絶縁シートを切断して前記最上層の上層再配線の接続パッド部が前記絶縁シート上に配置された半導体装置を複数個得る工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項12に記載の発明において、前記絶縁シートを配置する工程は、少なくとも前記半導体構成体の面積を有する他の絶縁シートを前記半導体構成体と前記ベース板間に介在して前記半導体構成体を前記ベース板上に配置する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項12に記載の発明において、前記半導体構成体は、接続パッドと、該接続パッドに接続された柱状の外部接続用電極と、該外部接続用電極の周囲に設けられた封止膜とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項12に記載の発明において、前記絶縁シートの切断は、前記半導体構成体が複数個含まれるように切断することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項12に記載の発明において、前記加熱加圧処理は、加圧制限面を設けて行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項12に記載の発明において、前記絶縁シートの開口部のサイズは前記半導体構成体のサイズよりもやや大きくなっていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項17に記載の発明において、前記ベース板上に配置する前記絶縁シートの厚さは前記半導体構成体の厚さよりも厚いものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項12に記載の発明において、前記絶縁シートは繊維に熱硬化性樹脂を含浸された材料からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項12に記載の発明において、前記最上層の上層再配線の接続パッド部を除く部分を覆う上層絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項20に記載の発明において、前記最上層の上層再配線の接続パッド部上に突起電極を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項12に記載の発明において、前記上層再配線形成工程前に、少なくとも前記絶縁シートに貫通孔を形成し、少なくとも前記絶縁シートの下面に下層再配線を形成し、さらに前記貫通孔内に前記上層再配線と前記下層再配線とを接続する上下導通部を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項12に記載の発明において、前記上層再配線形成工程前に、少なくとも前記絶縁シートの下面に金属箔を設け、少なくとも前記絶縁シートに貫通孔を形成し、該貫通孔内に上下導通部を前記金属箔に接続させて形成し、前記上層再配線形成工程で前記上層再配線を形成するとともに少なくとも前記絶縁シートの下面に下層再配線を前記上下導通部を介して前記上層再配線に接続させて形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項22または23に記載の発明において、前記下層再配線を覆う絶縁層を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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