JP2005064227A

JP2005064227A - 電子部品およびその製造方法

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Publication number: JP2005064227A
Application number: JP2003292167A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Ito; 俊彦伊藤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2003-08-12
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2005-03-10

Abstract

【課題】十分な半田バンプの高さを備えつつ、バックグラインド加工による半導体基板の薄形化が可能な電子部品およびその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板１の一方の面に絶縁層３、導電層４、封止層５を順に積層し、封止層５に導電層４が露出された電極パッド６を設けた構造体と、電極パッド６上に載置された半田バンプ７とを備えた半導体装置１０において、半田バンプ７の高さをｄ_１、半導体基板１の厚みをｄ_２とした場合、ｄ_１≧ｄ_２とする。電子部品の製造方法において、上記構造体のうち電極パッド６が設けられた面上の全域にわたって保護層を形成する工程Ａ、保護層を開口して電極パッド６を露出する工程Ｂ、電極パッド６上に半田バンプ７を形成する工程Ｃ、半導体基板１の他方の面をバックグラインド加工する工程Ｄ、および、保護層を除去する工程Ｅを順次行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置や、ＬＳＩチップを裏返して回路基板に接合する実装方法であるフリップチップに代表される、半田バンプを介して基板間の電気的接続が図られる電子部品およびその製造方法に関するものである。

従来、電子部品で用いられる半導体装置構造として、例えば半導体チップを樹脂により封止したパッケージ（いわゆるＤｕａｌＩｎｌａｉｎｅＰａｃｋａｇｅやＱｕａｄＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）では、樹脂パッケージ周辺の側面に金属リード線を配置する周辺端子配置型が主流であった。

これに対し、近年、急速に普及している半導体装置構造として、例えばＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅ／ＳｃａｌｅＰａｃｋａｇｅ）と呼ばれ、パッケージの平坦な表面に電極を平面状に配置した、いわゆるボールグリッドアレイ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ、以下、「ＢＧＡ」と略す。）技術の採用により、同一電極端子数を有する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電子回路基板に高密度実装することを可能にしたパッケージ構造がある。

ＢＧＡタイプの半導体装置においては、パッケージの面積が半導体チップの面積にほぼ等しい、いわゆる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の電極配置構造とともに開発され、電子機器の小型軽量化に大きく貢献している。
チップスケールパッケージは、回路を形成したシリコンウエハを切断し、個々の半導体チップに対して個別にパッケージ工程を施し、パッケージを完成するものである。

これに対し、一般的に「ウエハレベルＣＳＰ」と呼ばれる製造方法においては、このシリコンウエハ上に、絶縁層、再配線層、封止層などを形成し、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。ウエハ全面にこれらの回路を積層し、最終工程においてウエハをダイシングすることから、切断したチップそのものの大きさが、パッケージの施された半導体チップとなり、実装基板に対して最小投影面積を有する半導体チップを得ることが可能となる。

図８は、従来の半導体装置の構造を示す概略断面図である。
この半導体装置１００は、半導体基板１０１と、その表面に形成された電極１０２と、半導体基板１０１の表面に設けられた絶縁層１０３と、電極１０２と接続されて絶縁層１０３上に配線された導電層１０４と、導電層１０４を覆う封止層１０５と、封止層１０５に導電層１０４が露出されてなる電極パッド１０６と、この電極パッド１０６上に載置された半田バンプ１０７とから概略構成されている（例えば、特許文献１参照。）。

一般に、半田バンプを有する半導体装置とプリント基板などとの熱膨張率は相違しているので、熱膨張率の相違に基づく応力が半導体装置のバンプ部に集中し、接続不良などの不良品を生じるため、半導体装置の信頼性を低下させる。
そこで、ここで使用される半田バンプは、熱膨張率の相違に基づく応力を分散させるために、半田バンプ１０７の高さをできるだけ高くすることが要求されている。

また、この種の半導体装置は、携帯電話に代表されるモバイル機器に対する小型化の要求が依然として高く、さらにはＩＣカードの普及開始などにより、半導体装置のさらなる薄形化が要求されている。これらの要求に応えるために、半導体チップのバックグラインド加工が実施されている。
半導体装置１００の半導体基板１０１にバックグラインド加工を施すには、半導体装置１００の表面、すなわち、半田バンプ１０７が設けられている側の面に表面保護シート貼り、この表面保護シートを真空吸着することによって、半導体装置１００全体を保持し行われる。

しかしながら、半田バンプ１０７の高さが、例えば１００μｍ以上ある場合、その分、半導体装置１００の表面の凹凸が大きくなってしまう。このため、半導体基板１０１のバックグラインド加工を行うために、図９に示すように、半導体装置１００の表面に表面保護シート１１０を貼ると、保護シート１１０の表面が平らでなくなるため、真空吸着できない。

その結果、半導体基板１０１のバックグラインド加工ができなくなるという問題がある。
一方、半導体装置を薄形化するために、ウエハレベルＣＳＰの加工を行う前に、予め半導体基板１０１のバックグラインド加工を行うことが検討されている。このようなバックグラインド加工を行うと、半導体基板１０１が反ってしまい、ＣＳＰ加工ができなくなる場合がある。また、半導体基板１０１が割れ易くなり、ＣＳＰ加工中に半導体基板１０１が割れる可能性が高くなる。
特開２００２−１６１７８号公報

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、十分な半田バンプの高さを備えつつ、バックグラインド加工による半導体基板の薄形化が可能な電子部品およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、半導体基板の一面に絶縁層、導電層、封止層を順に積層し、該封止層に前記導電層を露出させた電極パッドを設けた構造体と、前記電極パッド上に載置された半田バンプとを備えた電子部品において、前記半田バンプの高さをｄ_１、前記半導体基板の厚みをｄ_２とした場合、ｄ_１≧ｄ_２である半導体装置を提供する。を提供する。

本発明は、半導体基板の一面に絶縁層、導電層、封止層を順に積層し、該封止層に前記導電層を露出させた電極パッドを設けた構造体を用いて、少なくとも前記構造体のうち前記電極パッドが設けられた面上の全域にわたって保護層を形成する工程Ａ、該保護層を開口して前記電極パッドを露出する工程Ｂ、該電極パッド上に半田バンプを形成する工程Ｃ、前記半導体基板の他面をバックグラインド加工する工程Ｄ、および、前記保護層を除去する工程Ｅを順次行う電子部品の製造方法を提供する。

本発明は、半導体基板の一面に絶縁層、導電層、封止層を順に積層し、該封止層に前記導電層を露出させた電極パッドを設けた構造体を用いて、少なくとも前記電極パッド上に半田バンプを形成する工程Ｇ、前記構造体のうち前記半田バンプが載置された面上の全域にわたって前記半田バンプの高さと略同一またはそれ以上の厚みの保護層を形成する工程Ｈ、前記半導体基板の他面をバックグラインド加工する工程Ｉ、および、前記保護層を除去する工程Ｊを順次行う電子部品の製造方法を提供する。

本発明の電子部品は、半田バンプ７の高さをｄ_１、半導体基板１の厚みをｄ_２とした場合、ｄ_１≧ｄ_２であるから、半田バンプの高さｄ_１を十分に確保しながらも、厚みｄ_２を薄くすることができる。したがって、本発明は電子部品のトータル厚みの大幅な低減に寄与する。

本発明に係る第一の電子部品の製造方法によれば、保護層を設けることにより、半田バンプおよび保護層が設けられた構造体を、半田バンプの形状に影響されることなく安定に固定することができるから、半導体基板のバックグラインド加工を行うことができる。その結果、従来よりも半導体基板の厚みを大幅に薄くした半導体装置を作製することができる。

また、本発明に係る第二の電子部品の製造方法によれば、半田バンプの形成において、印刷法を用いて半田バンプ７を形成する場合、保護層の厚みとその開口部の開口面積を適正化することで、保護層を利用したマスクレス印刷が可能になる。
さらに、半田バンプの形成において、保護層を設けた後に、電極パッドの上に半田ペーストを載置してリフロー工程を行うから、半田リフロー時に起きる半田ペーストの異常流れを防ぎ、半田バンプのブリッジ不良を無くすことが可能になる。

以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の電子部品で用いられる半導体装置の構造の一実施形態を示す概略断面図である。
この半導体装置１０は、半導体基板１と、その表面に形成された電極２と、半導体基板１の表面に設けられた絶縁層３と、電極２と接続されて絶縁層３上に配線された導電層４と、導電層４を覆う封止層５と、封止層５に導電層４が露出されてなる電極パッド６と、この電極パッド６上に載置された半田バンプ７とから概略構成されている。

この半導体装置１０では、半田バンプ７の高さをｄ_１、半導体基板１の厚みをｄ_２とした場合、ｄ_１≧ｄ_２となっている。この構成の半導体装置１０は、後述する製造方法によって初めて得ることが可能となった。これにより、半田バンプ７の高さを十分に確保しながらも、半導体基板１を半田バンプ７の高さよりも薄くすることができるので、その結果、薄形化の図れた半導体装置１０が得られる。

また、半田バンプ７の高さｄ_１は、具体的には１００μｍ以上であることが好ましい。半田バンプ７の高さｄ_１が１００μｍ以上であれば、半導体装置１０とプリント基板などとの接続において、両者の熱膨張率の相違に基づく応力が発生しても、その応力を半田バンプ７において分散させることができる。加えて、半導体装置１０とプリント基板などとの接続において、十分な接続強度を確保することができる。

半導体基板１としては、特に制限されないが、例えば配線基板（インタボーザ）を使用しないウエハレベルＣＳＰなどの半導体装置、各種半導体装置、各種電子装置などに用いられる基板が用いられる。

導電層４（電極パッド６）をなす材料としては、銅（Ｃｕ）などの導電性の良好な金属が用いられる。
絶縁層３をなす材料としては、例えば感光性ポリイミド、感光性エポキシ、感光性ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などの合成樹脂が用いられる。

封止層５をなす材料としては、例えば感光性アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂などの合成樹脂材料が用いられる。
半田バンプ７をなす材料としては、半田バンプ形成用、あるいは回路内または回路間の半田接続などに用いられる半田が用いられる。

なお、電極パッド６に半田バンプ７が押し付けられた際に生じる力を緩和する目的で、電極パッド６と絶縁層３との間に緩衝部を設けてもよい。

次に、図２〜図４を用いて本発明に係る電子部品で用いられる半導体装置の製造方法の第一の実施形態について説明する。第一の実施形態は、以下の工程Ａ〜工程Ｅからなる。
この実施形態では、保護層の形成、保護層の開口、半導体基板のバックグラインド加工および保護層の除去に関する工程以外は、従来公知の方法を用いることができる。

例えば、まず、電極２を形成した半導体基板１を用意し、この半導体基板１の一方の面１ａ上に、合成樹脂からなる絶縁層３を形成する。次いで、フォトリソグラフィにより電極２の上を開口し、開口部を形成する。次いで、この開口部内および絶縁層３の上に、ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）スパッタ法により銅あるいはチタニウムからなる電解めっき用シード層を形成する。次いで、このシード層上に液状レジストをスピンコート法によって塗布し、フォトリソグラフィによって所定のパターンの電解めっき用レジスト膜を形成する。次いで、電極２および絶縁層３の上に電解銅めっきにより導電層４を形成する。次いで、導電層４の形成後、レジスト膜を剥離し、続いて不要なシード層をエッチングにより除去する。次いで、絶縁層３および導電層４の上に、合成樹脂からなる封止層５を形成する。次いで、封止層５の形成後、この封止層５を穿孔して導電層４の銅表面を露出して電極パッド６を形成し、図２に示すような構造体を作製する。

次いで、図３（ａ）に示すように、封止層５の上に、電極パッド６およびその周辺部に開口部２０ａを有する合成樹脂からなる保護層２０を形成する（工程Ａおよび工程Ｂ）。工程Ａの保護層２０は、例えば、以下の（１）〜（３）の方法で形成する。

（１）液状の樹脂を、スピンコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法などの方法で封止層５の全面に塗布するか、あるいは、樹脂からなるフィルムを、封止層５の全面にラミネートし、保護層２０を形成する（工程Ａ）。その後、フォトリソグラフィにより電極パッド６およびその周辺部を開口して、開口部２０ａを設ける（工程Ｂ）。
このような樹脂としては、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂などが用いられる。

（２）液状の樹脂を、スピンコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法などの方法で封止層５の全面に塗布するか、あるいは、樹脂からなるフィルムを、封止層５の全面にラミネートし、保護層２０を形成する（工程Ａ）。その後、ＹＡＧレーザなどを用いたレーザ加工により電極パッド６およびその周辺部を開口して、開口部２０ａを設ける（工程Ｂ）。

（３）液状の樹脂をスクリーン印刷により、封止層５の上にパターン印刷して、開口部２０ａを有する保護層２０を形成する（工程Ａ、工程Ｂ）。

次いで、プラズマを利用したデスミヤ処理により、電極パッド６の表面を改質する。このデスミヤ処理においては、反応ガスとして酸素を用いる。

次いで、図３（ｂ）に示すように、上記開口部２０ａ内の電極パッド６の上に、ボール搭載法または印刷法により半田ペーストを載置した後、リフロー工程を行い、半田バンプ７を形成する（工程Ｃ）。

次いで、保護層２０の表面を真空吸着することにより、半田バンプ７および保護層２０が設けられた構造体を固定し、半導体基板１の他方の面１ｂをバックグラインド加工して、図４（ａ）に示すように、半導体基板１を薄形化する（工程Ｄ）。
工程Ｄのバックグラインド加工では、例えば、バックグラインダーなどを用いて、上記他方の面１ｂを研削する。

次いで、有機溶剤系の薬品を用いて保護層２０を除去し（工程Ｅ）、図４（ｂ）に示すように、半導体装置１０を得る。

この実施形態では、半田バンプ７の形成において、印刷法を用いて半田バンプ７を形成する場合、保護層２０の厚みと開口部２０ａの開口面積を適正化することで、保護層２０を利用したマスクレス印刷が可能になる。
また、半田バンプ７の形成において、保護層２０を設けた後に、電極パッド６の上に半田ペーストを載置してリフロー工程を行うから、半田リフロー時に起きる半田ペーストの異常流れを防ぎ、半田バンプ７のブリッジ不良を無くすことが可能である。

さらに、保護層２０を設けることにより、半田バンプ７および保護層２０が設けられた構造体を、半田バンプ７の形状に影響されることなく安定に固定することができるから、半導体基板１のバックグラインド加工を行うことができる。その結果、従来よりも半導体基板１の厚みを大幅に薄くした半導体装置１０を作製することができる。

次に、図５〜図７を用いて本発明に係る電子部品で用いられる半導体装置の製造方法の第二の実施形態について説明する。第二の実施形態は、以下の工程Ｇ〜工程Ｊからなる。
この実施形態では、上述の第一の実施形態と同様に、保護層の形成、半導体基板のバックグラインド加工および保護層の除去に関する工程以外は、従来公知の方法を用いることができる。
例えば、上述の第一の実施形態と同様に、図５（ａ）に示すような構造体を作製する。

次いで、図５（ｂ）に示すように、電極パッド６の上に、ボール搭載法または印刷法により半田ペーストを載置した後、リフロー工程を行い、半田バンプ７を形成する（工程Ｇ）。

次いで、図６（ａ）に示すように、上記構造体のうち半田バンプ７が載置された面上（封止層５の上）の全域にわたって、合成樹脂からなる半田バンプ７の高さ以上の厚みの保護層３０を形成する（工程Ｈ）。なお、本発明の半導体装置の製造方法にあっては、保護層３０の厚みを、半田バンプ７の高さとほぼ同一としてもよい。
工程Ｈの保護層３０は、例えば、以下の（１）、（２）の方法で形成する。

（１）液状の樹脂を、スピンコート法、ロールコート法、カーテンコート法、スクリーン印刷法などの方法で、上記構造体のうち半田バンプ７が載置された面上（封止層５の上）の全域にわたって、半田バンプ７の高さとほぼ同一またはそれ以上の厚みに塗布して、保護層３０を形成する。
樹脂としては、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂などが用いられる。

（２）金型を用いて、上記構造体のうち半田バンプ７が載置された面上（封止層５の上）の全域にわたって、半田バンプ７の高さとほぼ同一またはそれ以上の厚みに合成樹脂をモールド成形して、保護層３０を形成する。

次いで、保護層３０の表面を真空吸着することにより、半田バンプ７および保護層３０が設けられた構造体を固定し、半導体基板１の他方の面１ｂをバックグラインド加工して、図６（ｂ）に示すように、半導体基板１を薄形化する（工程Ｉ）。
工程Ｉのバックグラインド加工では、例えば、バックグラインダーなどを用いて、上記他方の面１ｂを研削する。

次いで、有機溶剤系の薬品を用いて保護層３０を除去し（工程Ｊ）、図７に示すように、半導体装置１０を得る。

この実施形態では、半田バンプ７を完全に覆うように、封止層５の上に保護層３０を設けることにより、半田バンプ７および保護層３０が設けられた構造体を、半田バンプ７の形状に影響されることなく安定に固定することができるから、半導体基板１のバックグラインド加工を行うことができる。その結果、従来よりも半導体基板１の厚みを大幅に薄くした半導体装置１０を作製することができる。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
この実施例では、上述の本発明に係る電子部品で用いられる半導体装置の製造方法の第一の実施形態によって、半導体装置を作製した。
上述の第一の実施形態において、直径６インチ、厚み６２５μｍの半導体基板１を用い、絶縁層３の厚み５μｍ、導電層４の厚み２０μｍ、電極パッド６の開口径３５０μｍの構造体を作製した。

次いで、封止層５の上に、フィルム状のアクリル系樹脂をロールラミネート法によりラミネートして、感光した後、ＹＡＧレーザを用いて電極パッド６およびその周辺部を開口して、開口部２０ａを設け、厚み２００μｍの保護層２０を形成した。
次いで、反応ガスとして酸素を用いて、電極パッド６の表面をデスミヤ処理した。

次いで、電極パッド６の上に、印刷法によりスズ（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）共晶からなる高さ２００μｍの半田バンプ７を形成した。
次いで、保護層２０の表面を真空吸着することにより、半田バンプ７および保護層２０が設けられた構造体を固定し、半導体基板１の他方の面１ｂをバックグラインド加工して、半導体基板１の厚みを２００μｍとした。
次いで、有機溶剤系の薬品を用いて保護層２０を除去し、半導体装置１０を得た。

（比較例１）
半導体基板の他方の面をバックグラインド加工しない以外は実施例１と同様にして、半導体装置を作製した。

実施例１で得られた半導体装置１０と、比較例１で得られた半導体装置との比較を表１に示す。

表１から、実施例１の半導体装置の厚みは、比較例１の半導体装置の厚みの半分にすることができた。

（実施例２）
この実施例では、上述の本発明に係る電子部品で用いられる半導体装置の製造方法の第二の実施形態によって、半導体装置を作製した。
上述の第二の実施形態において、直径６インチ、厚み６２５μｍの半導体基板１を用い、絶縁層３の厚み５μｍ、導電層４の厚み５μｍ、電極パッド６の開口径３５０μｍの構造体を作製した。

次いで、電極パッド６の上に、印刷法によりスズ（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）共晶からなる高さ１２０μｍの半田バンプ７を形成した。
次いで、上記構造体のうち半田バンプ７が載置された面上（封止層５の上）の全域にわたって、粘度８０００ｃＰの液状の超高粘度シリコーン系樹脂をカーテンコート法により塗布して、感光し、厚み１３０μｍの保護層３０を形成した。
次いで、保護層３０の表面を真空吸着することにより、半田バンプ７および保護層３０が設けられた構造体を固定し、半導体基板１の他方の面１ｂをバックグラインド加工して、半導体基板１の厚みを６０μｍとした。
次いで、有機溶剤系の薬品を用いて保護層３０を除去し、半導体装置１０を得た。

（比較例２）
半導体基板の他方の面をバックグラインド加工しない以外は実施例２と同様にして、半導体装置を作製した。

実施例２で得られた半導体装置１０と、比較例２で得られた半導体装置との比較を表２に示す。

表２から、実施例２の半導体装置の厚みは、比較例２の半導体装置の厚みの約１／４にすることができた。

本発明の電子部品およびその製造方法は、ＣＳＰ以外の半導体装置にも適用可能である。

本発明の本発明の電子部品で用いられる半導体装置の構造の一実施形態を示す概略断面図である。本発明に係る電子部品で用いられる半導体装置の製造方法の第一の実施形態を示す概略断面図である。本発明に係る電子部品で用いられる半導体装置の製造方法の第一の実施形態を示す概略断面図である。本発明に係る電子部品で用いられる半導体装置の製造方法の第一の実施形態を示す概略断面図である。本発明に係る電子部品で用いられる半導体装置の製造方法の第二の実施形態を示す概略断面図である。本発明に係る電子部品で用いられる半導体装置の製造方法の第二の実施形態を示す概略断面図である。本発明に係る電子部品で用いられる半導体装置の製造方法の第二の実施形態を示す概略断面図である。従来の半導体装置の構造を示す概略断面図である。従来の半導体装置の構造を示す概略断面図である。

符号の説明

１・・・半導体基板、２・・・電極、３・・・絶縁層、４・・・導電層、５・・・封止層、６・・・電極パッド、７・・・半田バンプ、１０・・・半導体装置、２０，３０・・・保護層。

Claims

半導体基板の一面に絶縁層、導電層、封止層を順に積層し、該封止層に前記導電層を露出させた電極パッドを設けた構造体と、前記電極パッド上に載置された半田バンプとを備えた電子部品において、
前記半田バンプの高さをｄ_１、前記半導体基板の厚みをｄ_２とした場合、ｄ_１≧ｄ_２であることを特徴とする電子部品。
半導体基板の一面に絶縁層、導電層、封止層を順に積層し、該封止層に前記導電層を露出させた電極パッドを設けた構造体を用いて、少なくとも前記構造体のうち前記電極パッドが設けられた面上の全域にわたって保護層を形成する工程Ａ、該保護層を開口して前記電極パッドを露出する工程Ｂ、該電極パッド上に半田バンプを形成する工程Ｃ、前記半導体基板の他面をバックグラインド加工する工程Ｄ、および、前記保護層を除去する工程Ｅを順次行うことを特徴とする電子部品の製造方法。
半導体基板の一面に絶縁層、導電層、封止層を順に積層し、該封止層に前記導電層を露出させた電極パッドを設けた構造体を用いて、少なくとも前記電極パッド上に半田バンプを形成する工程Ｇ、前記構造体のうち前記半田バンプが載置された面上の全域にわたって前記半田バンプの高さと略同一またはそれ以上の厚みの保護層を形成する工程Ｈ、前記半導体基板の他面をバックグラインド加工する工程Ｉ、および、前記保護層を除去する工程Ｊを順次行うことを特徴とする電子部品の製造方法。