JP2005123456A

JP2005123456A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2005123456A
Application number: JP2003357942A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Tokida; 成樹常田; Ikuo Niwa; 郁夫丹羽
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】樹脂封止後に突起電極の先端部露出処理をすること無く突起電極の頭頂部を露出させ、気泡の抱き込みや樹脂ひび割れの発生を防止した半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】複数の半導体素子が形成された半導体ウェハ(1)の第一主面に突起電極(2)を形成し、半導体ウェハの第二主面に全面に金属板(5)を形成し、半導体ウェハ(1)の第一主面側を切り口とし金属板(5)を残した状態で半導体ウェハ(1)を個々の半導体素子にダイシングし、この半導体ウェハ(1)を上下一対からなるモールド金型(6,6)内に装着し、金型内の前記半導体ウェハを挟圧した状態で、金型の上金型又は下金型の何れか一方からモールド樹脂(10)を注入し、半導体ウェハを樹脂モールドし、モールド樹脂を硬化し、半導体ウェハを個々の半導体素子にダイシングする。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置の製造方法に関するものである。

従来のチップサイズパッケージ構造を有したウエハレベルでの半導体装置製造方法としては、突起電極が配設された半導体基板を金型に装着し、突起電極の配設位置に樹脂を供給し、突起電極の先端部を樹脂層より露出させて半導体基板を樹脂封止するもの（例えば、特許文献１参照）や、半導体基板の突起電極と回路基板を接合し、回路基板上に設けた複数個の樹脂注入孔から樹脂を注入し半導体基板を樹脂封止するもの（例えば、特許文献２参照）がある。

図２Ａ−Ｄは前記特許文献１に記載された従来の半導体装置の製造方法を示すものである。図２Ａ−Ｄにおいて、１０１は半導体素子が形成された半導体基板、１０２は半導体基板１０１の半導体素子上に形成された突起電極、１０３は金型と樹脂の接触を防ぐ為のフィルム、１０４は上下一対からなる半導体装置製造用金型、１０５は半導体基板封止用の樹脂である。複数の半導体素子が形成された半導体基板１０１の半導体素子上に、バンプ等の突起電極１０２が形成された半導体基板１０１をフィルム１０３が突起電極１０２と接触する面に設置された半導体製造用金型１０４内に装着し、続いて突起電極１０２の配設位置に封止樹脂１０５を供給する（図２Ａ）。加熱しながら金型１０４で挟圧する（図２Ｂ）。半導体基板１０１を樹脂１０５により封止する（図２Ｃ）。その後、前記突起電極１０２の先端部を研磨やブラスト等の手段で露出させ、封止された半導体基板を個々の半導体素子に分離することで半導体装置を製造していた（図２Ｄ）。

次に、図３Ａ−Ｄは前記特許文献２に記載された従来の半導体装置の製造方法を示すものである。図３Ａ−Ｄにおいて、２０１は半導体素子が形成された半導体基板、２０２は半導体基板の素子上に形成された突起電極、２０３は半導体基板に設けられた半導体素子に対応して設計されている複数個の配線を有する回路基板、２０４は回路基板２０３に設けられた複数の樹脂注入孔、２０５は半導体基板封止用の樹脂である。半導体基板２０１の半導体素子上に設けられた突起電極２０２と回路基板２０３を接続し（図３Ａ）、回路基板２０３上に設けられた複数個の樹脂注入孔から樹脂２０５を注入し充填させる（図３Ｂ）。次に注入した樹脂２０５を硬化させ（図３Ｃ）、ダイサーによって切削する事により個々の半導体素子に分離し（図３Ｄ）、半導体装置を製造していた。
特開２０００−２９４５７８号公報特開２０００−２１６１７８号公報

しかし、特許文献１の方法では、半導体基板１０１上の突起電極１０２が形成されている面に封止用樹脂１０５を供給し、金型１０４によって押し広げながら半導体基板１０１が封止されているため、樹脂１０５で封止した後、突起電極１０２の先端部分を露出するため、研磨やエッチングなどを行うという煩雑な工程が必要となる。また、特許文献２の方法では、複数の樹脂注入孔２０４から樹脂２０５が注入されるため、注入された樹脂２０５の間に気泡が発生したり、樹脂ひび割れの原因となるという問題を有していた。

本発明は、前記従来の問題を解決するもので、樹脂封止後に突起電極の先端部露出工程をする事無く突起電極の頭頂部を露出させ、気泡の抱き込みや樹脂ひび割れの発生を防止した半導体装置の製造方法を提供する。

本発明の半導体装置の製造方法は、複数の半導体素子が形成された半導体ウェハの第一主面に突起電極を形成し、前記半導体ウェハの第二主面に全面に金属板を形成し、前記半導体ウェハの第一主面側を切り口とし前記金属板を残した状態で前記半導体ウェハを個々の半導体素子にダイシングし、前記半導体ウェハの中心部を上下一対からなるモールド金型内の中心部に装着し、前記金型内の前記半導体ウェハを挟圧した状態で、前記金型の上金型又は下金型の何れか一方の中心部からモールド樹脂を注入し、前記モールド樹脂を硬化し、前記半導体ウェハを個々の半導体素子にダイシングする工程を含むことを特徴とする。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体基板上に設けた突起電極を、フィルムが設置された金型によってクランプしてから樹脂注入を行うことで、突起電極を露出した状態で樹脂封止することができる。

本発明においては、まず、複数の半導体素子が形成された半導体ウェハの第一主面に突起電極を形成する。突起電極としては、例えば電解めっきを用いて形成したＣｕ等の金属によるＣｕめっきバンプであり、高さは２０〜３０μｍ程度が妥当である。

次に半導体ウェハの第二主面に全面にわたって金属板を形成する。金属板としては、例えば厚み、５〜４０μｍのＣｕやＮｉ等の金属を電解めっきによって形成する。

次に半導体ウェハの第一主面側を切り口とし前記金属板を残した状態で前記半導体ウェハを個々の半導体素子にダイシングする。個々の半導体素子の大きさは、例えば縦０．２４ｍｍ、横０．２４ｍｍ、高さ０．５ｍｍである。

次に、前記半導体ウェハの中心部を上下一対からなるモールド金型内の中心部に装着し、前記金型内の前記半導体ウェハを挟圧した状態で、前記金型の上金型又は下金型の何れか一方の中心部からモールド樹脂を注入する。モールド樹脂としては、エポキシ系の液状樹脂等を使用する。

次に前記モールド樹脂を硬化する。樹脂の硬化は、予備硬化した後、本硬化するのが好ましい。樹脂としては、半導体素子の信頼性が保持できるような樹脂、例えばエポキシ系樹脂等を使用する。予備硬化の温度範囲と時間は１２０〜１５０℃で５〜７分間程度である。本硬化の温度は１５０〜１８０℃で６０分間程度が妥当である。

次に前記半導体ウェハを個々の半導体素子にダイシングする。個々の半導体素子の大きさは、例えば縦０．３ｍｍ、横０．３ｍｍ高さ０．６ｍｍである。

以上の工程により、樹脂封止後に研磨やブラスト等の、突起電極露出工程を行う事なく、突起電極の先端部を露出した状態で樹脂封止をすることが可能であり、工程を削減でき、気泡の抱き込みや樹脂のひび割れ等を削減することができる。

本発明においては、前記モールド金型の上金型又は下金型の何れか一方にモールド樹脂との非粘着性、耐熱性及び弾力性を備えたフィルムを貼付することが好ましい。非粘着性を有することによって、モールド後のウェハ取り出しが容易になる。また、耐熱性を有することによって、モールドのキュアー温度に耐える事が出来る。また、弾力性を有することによって、金型を挟圧した時に、突起電極の先端部を食い込ませモールドする事ができ、先端部に樹脂がのる事無くモールドする事が出来る。前記において、非粘着性、耐熱性及び弾力性を備えたフィルムとは、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂がある。このような樹脂は、表面処理等は特に必要無く、厚みは８０〜１１０μｍ程度が妥当である。具体的には、例えば日東電工の“ニトフロン”（商品名）等である。

また本発明においては、前記金型内の前記半導体ウェハを挟圧した状態で、前記金型の上金型又は下金型の何れか一方が前記突起電極と密着していることが好ましい。これにより、ウェハを挟圧した状態で、金型と突起電極をフィルムを介して密着させる事で、突起電極の先端部分がフィルムに押し込まれ、先端部に樹脂を付着させる事無くモールドする事が可能となる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態）
図１Ａ〜Ｅは、本発明の実施の形態における半導体装置の製造工程フローに沿った断面図である。図１Ａ〜Ｅにおいて、１は複数の半導体素子が設けられた半導体ウェハ、２は半導体ウェハ１の第一主面の個々の半導体素子上にＣｕ等のめっきによって形成されている突起電極、３は耐熱温度が１８０℃のダイシングテープ、４は半導体ウェハ１がダイシングテープ２を介して貼り付けられたダイシングリング、５は半導体基板ウェハ１の第二主面にＣｕめっき等で形成した金属板、６は半導体ウェハ１の厚みと突起電極２の高さを考慮して、クランプ高さが設計されている上下一対からなる半導体装置製造用の金型、７は金型３の上型に設けられ、樹脂を注入するための注入口、８はウェハ設置用ガイド、９は半導体ウェハ１をクランプする際に突起電極２を押し込ませ、突起電極２の頭頂部への樹脂付着を防止するためのフッ素系樹脂等の材質からなり、さらに樹脂との非粘着性及び耐熱性ならびに弾力性を備えたフィルム、１０は樹脂注入口７より注入され、半導体ウェハ１と突起電極２を封止するための封止用液状樹脂、１１はダイシングリング４の厚みを逃がす凹部、１２は樹脂８が注入された際に、半導体ウェハ１の外周部へ樹脂８がオーバーフローするのを防ぐための樹脂受け用リング、１３は金型６内のエアーを抜くためのエアーベンドである。

詳細な構成を下記に説明する。半導体ウェハ１上に突起電極２を形成した後、ダイシングテープ３によって半導体ウェハ１をダイシングリング４に貼り付け、半導体ウェハ１に設けられた半導体素子を、金属板５残してダイシングする（図１Ａ）。このダイシングによって、各素子の間に溝が形成され、その溝に樹脂１０填させる事によって素子の側面も封止する事が可能となる。

ダイシングリング４に貼り付けられ素子ごとにダイシングされた半導体ウェハ１を、ダイシングリング４が付いたまま半導体装置製造用金型５に設置する（図１Ｂ）。この時、金型５に設けられた注入口７が半導体ウェハ１の中心に合わせ設置出来るよう、金型にガイドを設けておく。注入口７が半導体ウェハ１の中心に合うようにすることにより、樹脂１０半導体ウェハ１中心から注入でき、半導体ウェハ１全体に均一に注入する事が可能となる。

上型にフィルム９を装着した金型６を、半導体ウェハ１の厚みと突起電極２の高さを考慮したクランプ高さで挟持した状態で半導体ウェハ１をクランプする（図１Ｃ）。この時、突起電極２の頭頂部がフィルム９に押し込んだ状態に挟持し、突起電極２の頭頂部に樹脂１０が付着しないようにする。例えば、突起電極２の高さが２０μｍ程度の場合、フィルム９の厚さは８０〜１３０μｍ程度である。

半導体ウェハ１をクランプした状態で、金型６に設けられた注入口７から封止用液状の樹脂１０を注入し半導体ウェハ１を封止し、キュアーする（図１Ｄ）。金型６には、ダイシングリング４の厚みを逃すように凹部１１が設けられており、金型６全体を昇温、保持する事が可能である。また、半導体ウェハ１の外周に樹脂がオーバーフローするのを防ぐために、エアベント１３を設けた樹脂受け用のリング１２を設置する。これによれば、金型６のクランプ圧を半導体ウェハ１に直接加えて、全面に均一に樹脂１０を注入する事ができる。

例えば、封止する半導体ウェハ１が４インチであれば、注入口７の直径φは１．５ｍｍ程度、樹脂射出圧力は０．８〜１．０ｔ程度、樹脂量は１０〜１３ｇ程度で全体を封止する事ができる。

次に、樹脂１０を１５０℃、５分間熱処理して予備キュアーした後、半導体ウェハ１を金型６から取り出し、ベーク炉にて１５０℃、６０分間熱処理して本硬化を行う。硬化時に、樹脂の熱収縮率とＳｉの熱収縮率の差によって、樹脂封止された半導体ウェハ１に反りが発生する事が考えられるため、硬化時に半導体ウェハ１を上下から挟み込み矯正させながら硬化させる治具（図示なし）を使用し、反りの低減を図ってもよい。

硬化後に、樹脂封止された半導体ウェハ１を、ダイサーを用いて個々の半導体素子ごとにダイシングする（図１Ｅ）。この時、図１Ａで用いたダイシングブレードよりも、幅の細いダイシングブレード１４を使用することで、半導体素子の側面も樹脂封止された半導体装置を得ることができる。

個々の半導体装置にダイシングされた半導体装置である（図１Ｆ）。すなわち、半導体素子１５の両側面に硬化された樹脂１６が一体化され、下部には金属板５、上部には突起電極２を備えた半導体装置が製造できる。

なお、本実施の形態において、突起電極２の頭頂部への樹脂付着を防止するためのフィルムとしてフッ素系樹脂フィルム９を設けたが、樹脂との非粘着性及び耐熱性ならびに弾力性を備えさえしておれば、ポリイミドフィルムや液晶ポリマー等としても良い。また、個々の半導体素子に分割する際にダイシングを用いて説明したがこの方法に限定されることはない。

本発明の半導体装置の製造方法によって、工程の削減や、気泡の抱き込み、樹脂のひび割れ等の削減が必要な用途にも適用できる。また、半導体装置の製造として有用であり、特にウエハレベルのチップサイズパッケージの製造に適している。

本発明の一実施形態における半導体装置の製造工程フローに沿った断面図である。従来例１の半導体装置の製造工程図である。従来例２の半導体装置の製造工程図である。

符号の説明

１半導体ウェハ
２突起電極
３ダイシングテープ
４ダイシングリング
５金属板
６金型
７樹脂注入口
８ウェハ設置用ガイド
９フィルム
１０封止用液状樹脂
１１凹部
１２リング
１３エアベント
１０１半導体基板
１０２突起電極
１０３フィルム
１０４半導体装置製造用金型
１０５半導体基板封止用樹脂
２０１半導体基板
２０２突起電極
２０３回路基板
２０４樹脂注入孔
２０５半導体基板封止用樹脂

Claims

複数の半導体素子が形成された半導体ウェハの第一主面に突起電極を形成し、
前記半導体ウェハの第二主面に全面に金属板を形成し、
前記半導体ウェハの第一主面側を切り口とし前記金属板を残した状態で前記半導体ウェハを個々の半導体素子にダイシングし、
前記半導体ウェハの中心部を上下一対からなるモールド金型内の中心部に装着し、前記金型内の前記半導体ウェハを挟圧した状態で、前記金型の上金型又は下金型の何れか一方の中心部からモールド樹脂を注入し、前記モールド樹脂を硬化し、
前記半導体ウェハを個々の半導体素子にダイシング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。
前記モールド金型の上金型又は下金型の何れか一方にモールド樹脂との非粘着性、耐熱性及び弾力性を備えたフィルムを貼付した請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記金型内の前記半導体ウェハを挟圧した状態で、前記金型の上金型又は下金型の何れか一方が前記突起電極と密着している請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。