JP2007059851A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 応力を吸収する柱状電極の製造工程を、スクリーン印刷方式により短縮することができる半導体パッケージの作製方法を提供する。
【解決手段】
ウェハレベルパッケージで再配線と電極をシリコン基板上に形成し、電極上に接続端子を搭載する半導体装置の製造方法において、再配線を印刷するための第１層目スクリーンと、電極を印刷するための第２層スクリーンを有する段付きスクリーンを、シリコン基板上の所定の場所に搭載し、第２層スクリーンの有する孔部から、第１層スクリーンと第２層スクリーンの孔部に、金属ペーストを高圧で充填して印刷し、印刷が終了後、段付きスクリーンを外し、所定の温度でキュアする半導体装置の製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリコンウェハレベルパッケージの半導体装置の製造方法に係わり、特には印刷による再配線と電極の形成方法に関する。

従来、ＣＳＰ（Chip Size Package）１などではシリコン基板（シリコンウェハ）の上面に回路パターンを電極パッドから再配線する方法として、樹脂ポストを利用する方法や、特許文献１に記載のフォトレジストによる方法がある。

例えば、図５に示すように、シリコン基板２の上にパッシベーション膜３を設け、パッシベーション膜３を覆うように絶縁樹脂層６を設けて、シリコン基板２上の最終メタルパッド部４上で、絶縁樹脂層６を一部開口した後、予め半田バンプ９を形成する箇所に樹脂ポスト１２を形成する。その後、チップの最終メタルパッド部４開口部からメッキシード層および銅メッキ層１１で樹脂ポスト１２上まで配線し、配線層の上にオーバーコート樹脂層９を設け、樹脂ポスト１２上を開口し、その上に半田バンプ１０を形成するウェハレベルパッケージが提案されている。

また、特許文献１によれば、図６に示すように、シリコン基板２の上にパッシベーション膜３を設け、パッシベーション膜３を覆うように絶縁樹脂層６としてポリイミド層を設ける。ポリイミド層の上に、ＵＢＭ層５（バンプ下地金属）を設ける。例えば、Ｔｉ（チタン）、またはＣｕ（銅）などで製作する。ＵＢＭ層５の上に、さらにＣｕ再配線７と電極８（Ｃｕポストなど）を構築し、エポキシ樹脂９で封止をする。その後、ＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージであれば半田ボール１０を搭載するウェハレベルパッケージが提案されている。

また、特許文献１に示したようなウェハレベルパッケージのＣＳＰの配線（パターン）形成工程は、主にフォトレジスト工程で行われる。例えば、図７〜９に示すような工程で実施されている。

図７にフォトレジストによる再配線７（金属導体）の工程を説明する。まず、ステップＳ７１で、ＬＳＩチップ１のシリコン基板２をウェハレベルパッケージの作製装置にセットする。ステップＳ７２では、絶縁樹脂層６（ポリイミド層）をパッシベーション層３上に設けて、パターニングする。

そして、ステップＳ７３では、ＵＢＭ層５を形成（ＴＩ／Ｃｕ）し、ステップＳ７４では、シリコン基板２上のＵＢＭ層５上に、レジスト１３をパターニングする。
ステップＳ７５では、Ｓ７４でパターニングしたレジスト１３の塗布されていない部分にＣｕ配線メッキをする。そしてステップＳ７６で、レジスト１３を剥離して再配線７を形成させる。

次に、図８に示す工程により電極８を形成する。上記工程により形成されたシリコン基板２の上に、ステップＳ８１では、ドライフィルム１４をラミネートする。ステップＳ８２では、ドライフィルム１４をパターニングし、ステップＳ８３で、スカムなどを除去する。

ステップＳ８４では、電極８（Ｃｕポストなど）をメッキする。
その後、ステップＳ８５では、ドライフィルム１４の剥離とアッシングをし、ステップＳ８６では、ＵＢＭ層５（Ｔｉ／Ｃｕ）のエッチングをする。

次に、図９に示す工程により樹脂９による封止と半田ボール１０（接続端子）の搭載を行う。シリコン基板２を上記工程により加工後、ステップＳ９１では、樹脂封止（印刷による方法）をし、ステップＳ９２では、樹脂封止によりできた余分な樹脂（図中Ａ−Ａ´で示される両側矢印の上の部分）を研磨して電極８が樹脂９の表面に出るようにする。また、ステップＳ９３では、シリコン基板２の裏面を研磨する。

その後、ステップＳ９４において、電極８の上部に半田ボール１０を搭載する。ステップＳ９５では、リフロー炉で上記加工したシリコン基板２をリフローする。その後、シリコン基板２を洗浄する。

上記工程により作製したシリコン基板２は、製造番号などの捺印をし、シリコン基板２をダイシングし基板を切り分け、基板検査をし、テーピング（梱包など）をする。
特許第３４９６５６９号公報

しかしながら、シリコン基板２に設けられた樹脂ポスト１２上の電極８と、図示しない回路基板に接合するときに、基板間に発生する熱膨張係数差に起因する応力を電極８で吸収することができない。そこで、特許文献１のような構造を用いることで、応力を吸収することが可能となったが、上記説明したように、この工程はいわゆる半導体前工程の装置を使用している装置のため、コストが高くなる。

また、フォトレジストを使用しているため、フォトマスクの製作コストが高く、回路を変更するにはパターン再製作が必要になるため、簡単に設計変更ができない。さらに、工程数が多いため、リードタイムが長くなるという問題がある。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであり、応力を吸収する柱状電極の製造工程を、フォトレジストを用いた方式より短縮することができる半導体パッケージの作製方法を提供することを目的とする。

本発明の態様のひとつである半導体装置の製造方法において、ウェハレベルパッケージで再配線と電極をシリコン基板上に形成し、上記電極上に接続端子を搭載する半導体装置の製造方法は、再配線を印刷するための第１層目スクリーンと、電極を印刷するための第２層スクリーンを有する段付きスクリーンを、上記シリコン基板上の所定の場所に搭載する搭載工程と、上記第２層スクリーンの有する孔部から、上記第１層スクリーンと上記第２層スクリーンの孔部に、金属ペーストを高圧で充填して印刷する印刷工程と、上記印刷が終了後、段付きスクリーンを外し、所定の温度でキュアするキュア工程とを特徴とする。

好適には、上記高圧での上記金属ペースト充填はディスペンサを使用する構成としてもよい。
また、上記キュアの温度は上記シリコン基板に影響しない温度であることが望ましい。

上記構成により、印刷工程にて再配線部と電極部を一括で形成するため、つなぎ目の特性変化がない。また、強度低下が少ない形状が自在に形成できる。印刷マスクのみの交換でパターン変更が容易にできる。

本発明の態様のひとつである半導体装置の製造方法において、ウェハレベルパッケージで再配線と電極をシリコン基板上に形成し、上記電極上に接続端子を搭載する半導体装置の製造方法は、再配線を印刷するための第１層目スクリーンを、上記シリコン基板上の所定の場所に搭載する搭載工程と、上記第１層スクリーンの有する孔部から、上記第１層スクリーンの孔部に、金属ペーストを充填して印刷する印刷工程と、上記印刷が終了後、段付きスクリーンを外し、所定の温度でキュアする第１キュア工程と、上記キュア工程済みの上記シリコン基板上に、樹脂封止と同時にネガティブマスクにより電極形成のための電極用孔部を形成する樹脂封止工程と、上記電極用孔部に上記金属ペーストを充填し、その後再度キュアする第２キュア工程とを特徴とする。

好適には、上記キュアの温度は上記シリコン基板と樹脂に影響しない温度であることが望ましい。
上記構成により、印刷工法を用いるため、装置価格が後工程並に押さえられる。フォトレジスト工法に比べ、工程数が約半分になる。搬送などの工程がシンプルになり。

本発明によれば、パターン変更が印刷マスク変更のみで可能であり、ポスト部と再配線部が一体でできるので、工程が簡素になる。さらに、接続抵抗の変化も少なくなる。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。
（実施例１）
段付スクリーンを使用して高圧で金属ペーストを充填し、配線（１層目）と電極（２層目）を形成する工程について説明をする。ここで、通常スクリーンは、基板などへの金属ペーストの印刷に用いられ、単層のスクリーンを用い金属ペーストで配線印刷をするものに限られている。

しかし、段付きスクリーンは、少なくとも２層以上の印刷層から構成され、配線以外に電極などの印刷も同時に行うことができる。また、同時に配線と電極を形成するために、ディスペンサなどを利用して高圧で金属ペーストを充填する。さらに段付きスクリーンは１層目と２層目のスクリーンの厚さを印刷に合わせて変更することができる。また、１層目と２層目のスクリーンの接触面はお互いにフィットし、かつ互いに段差を有する構成としてもかまわない。

また、ディスペンサを使用することにより、スキージなどを利用した場合より、金属ペーストの充填が効果的に行える。
例えば段付きスクリーンの配線（１層目）と電極（２層目）の孔部（スペース）まで金属ペーストを隙間が発生しないように充填する。

図１はウェハレベルパッケージの工程を示した図である。シリコン基板２に段付きスクリーンを用いて再配線７（１層目）と電極８（２層目）を同時に印刷する工程を示している。

ステップＳ１１では、ＬＳＩチップ１を用意する。ＬＳＩチップ１は、シリコン基板２上にパッシベーション膜３、最終メタルパッド部４が形成されている。ステップＳ１２では、絶縁樹脂層６であるポリイミドのパターニングを行う。ステップＳ１３では、上記Ｓ１２までに形成したシリコン基板２上にＵＢＭ５の層を形成する。ここまでの処理は従来と同じである。

次に、ステップＳ１４では、段付きスクリーン１５をシリコン基板２に合わせてスクリーン印刷装置に固定して搭載する。段付きスクリーン１５は、Ｓ１４に示すように、１層目の配線を印刷するために１層目のスクリーン１７と、２層目を印刷するためのスクリーン１６から構成されている。

ステップＳ１５では、段付きスクリーン１５のスクリーン１６の電極８のための孔部から金属ペースト（例えばＣｕペースト）をディスペンサなどにより高圧で充填する。
金属ペーストの充填が完了後、ステップＳ１６では、段付きスクリーン１５を外す。

ステップＳ１７では、ＵＢＭ層５をエッチングし、必要なＵＢＭ層５だけを残す。その後、シリコン基板２上に形成された金属ペーストを、キュア炉でキュアして配線と電極を固体化する。ここで、金属ペーストをキュアするための温度は、シリコンウェハへの影響を考慮すると４００℃以下でキュアすることが望ましい。

図２は、図１に示した工程の次工程である。シリコン基板２に段付きスクリーン１５を用いて再配線７と電極８が形成されている。ステップＳ２１では、上記シリコン基板２に樹脂封止を行う。

上記Ｓ１７までの工程を経たシリコン基板２に、必要な分量の樹脂９をセットし樹脂封止する。例えば、高圧により樹脂を型どおりに樹脂封止する。高圧はアクチュエータなどでかける。

ステップＳ２２では、シリコン基板２の裏面を磨き、ステップＳ２３では、半田ボール１０を搭載する。このとき半田ボール１０の搭載はメタルジェット方式の半田ボール搭載機を用いてもよい。半田ボール１０搭載後、ステップＳ２４では、半田ボール１０をリフローし半田ボール１０と電極を接合する。そして、シリコン基板２を洗浄し、ダイシングや梱包などをする。

上記構成により、印刷工程によって、再配線７と電極８を一括で形成するため、つなぎ目の特性変化が少なくでき、強度低下が少ない形状が自在に形成できる。なお、印刷マスクのみの交換でパターン変更が容易にできる。
（実施例２）
次に、２層目の電極を、ネガティブマスク１８を用いて形成した樹脂９により形成する工程について説明する。図３は、配線印刷を示した図である。

ステップＳ３１では、ＬＳＩチップ１を用意する。ＬＳＩチップ１は、シリコン基板２上にパッシベーション膜３、最終メタルパッド部４が形成されている。ステップＳ３２では、絶縁樹脂層６であるポリイミドのパターニングを行う。ステップＳ３３では、上記Ｓ１２までに形成したシリコン基板２上にＵＢＭ層５を形成する。ここまでの処理は従来と同じである。

次に、ステップＳ３４では、１層目スクリーン１５（１７）をシリコン基板２に合わせてスクリーン印刷装置に固定して搭載する。１層スクリーン１５（１７）は、Ｓ３４に示すように、１層目の配線を印刷する。

ステップＳ３５では、１層目スクリーン１５（１７）のスクリーン１７の再配線７のための孔部から金属ペースト（例えばＣｕペースト）をディスペンサなどにより高圧で金属ペーストを充填する。ただし、１層スクリーンでは、高圧でなく、通常の印刷方法（スキージによる方法など）を用いてもかまわない。金属ペーストの充填が完了後、ステップＳ３６では、１層目スクリーン１５（１７）を外す。

ステップＳ３７では、ＵＢＭ層５をエッチングし必要なＵＢＭ層５だけを残す。その後、シリコン基板２上に形成された金属ペーストを、キュア炉でキュアして配線と電極を固体化する。ここで、金属ペーストをキュアするための温度は、シリコンウェハへの影響を考慮すると４００℃以下でキュアすることが望ましい。

図４は、図３に示した工程の次工程である。
ステップＳ４１では、ネガティブマスク１８を用いて、樹脂９に電極８を形成するための孔部分を成形する。ステップＳ４２では、ネガティブマスク１８を外す。

ステップＳ４３では、電極８を形成するために金属ペーストを高圧で充填する。ただし、樹脂の孔部へ充填は高圧でなく、通常の印刷方法（スキージによる方法など）を用いてもかまわない。その後、再配線７と接合するために、再度キュア炉でキュアして電極８を固体化する。ここで、金属ペーストをキュアするための温度は、シリコンウェハへの影響と樹脂９を考慮する温度を用いる。例えば、４００℃以下でキュアすることが望ましい。

ステップＳ４４では、シリコン基板２の裏面を磨き、ステップＳ４５では、半田ボール１０を搭載する。このとき半田ボール１０の搭載はメタルジェット方式の半田ボール搭載機を用いてもよい。半田ボール１０搭載後、ステップＳ４６では、半田ボール１０をリフローし半田ボール１０と電極を接合する。そして、シリコン基板２を洗浄し、ダイシングや梱包などをする。

上記実施例１、２の構成により、段差のある厚盛印刷が可能になる。また、印刷工法を用いるため、装置価格が後工程並に押さえられる。
さらに、フォトレジスト工法に比べ、工程数が約半分になる。また、搬送などの工程がシンプルになる。

また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

実施例１のボール搭載工程（配線と電極の印刷）のフローを示す図である。 実施例１のボール搭載工程（樹脂封止とボール搭載）のフローを示す図である。 実施例２のボール搭載工程（配線の印刷）のフローを示す図である。 実施例２のボール搭載工程（電極形成と樹脂封止とボール搭載）のフローを示す図である。 従来の樹脂ポストを利用したシリコンレベルパッケージを示す図である。 シリコンレベルパッケージを示す図である。 フォトレジスト方式のボール搭載工程（一層目（配線）印刷）の従来例を示す図である。 フォトレジスト方式のボール搭載工程（ポストの搭載）の従来例を示す図である。 フォトレジスト方式のボール搭載工程（樹脂封止とボール搭載）の従来例を示す図である。

符号の説明

１ ・・・ ＣＳＰ（Chip Size Package）などのＬＳＩ
２ ・・・ シリコン基板２
３ ・・・ パッシベーション膜
４ ・・・ 最終メタルパッド部
５ ・・・ ＵＢＭ層５（バンプ下地金属など）
６ ・・・ 絶縁樹脂層（ポリイミド層など）
７ ・・・ Ｃｕ再配線７
８ ・・・ 電極（Ｃｕポストなど）
９ ・・・ エポキシ樹脂
１０ ・・・ 半田バンプ（半田ボールなど）
１１ ・・・ 銅メッキ層
１２ ・・・ 樹脂ポスト
１３ ・・・ レジスト
１４ ・・・ ドライフィルム
１５ ・・・ スクリーン（全体）
１６ ・・・ スクリーン（二層目）
１７ ・・・ スクリーン（一層目）
１８ ・・・ ネガティブマスク

Claims (5)

1. ウェハレベルパッケージで再配線と電極をシリコン基板上に形成し、前記電極上に接続端子を搭載する半導体装置の製造方法において、
   再配線を印刷するための第１層目スクリーンと、電極を印刷するための第２層スクリーンを有する段付きスクリーンを、前記シリコン基板上の所定の場所に搭載する搭載工程と、
   前記第２層スクリーンの有する孔部から、前記第１層スクリーンと前記第２層スクリーンの孔部に、金属ペーストを高圧で充填して印刷する印刷工程と、
   前記印刷が終了後、段付きスクリーンを外し、所定の温度でキュアするキュア工程と、
   を特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記高圧での前記金属ペースト充填はディスペンサを使用することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記キュアの温度は前記シリコン基板に影響しない温度であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
4. ウェハレベルパッケージで再配線と電極をシリコン基板上に形成し、前記電極上に接続端子を搭載する半導体装置の製造方法において、
   再配線を印刷するための第１層目スクリーンを、前記シリコン基板上の所定の場所に搭載する搭載工程と、
   前記第１層スクリーンの有する孔部から、前記第１層スクリーンの孔部に、金属ペーストを充填して印刷する印刷工程と、
   前記印刷が終了後、段付きスクリーンを外し、所定の温度でキュアする第１キュア工程と、
   前記キュア工程済みの前記シリコン基板上に、樹脂封止と同時にネガティブマスクにより電極形成のための電極用孔部を形成する樹脂封止工程と、
   前記電極用孔部に前記金属ペーストを充填し、その後再度キュアする第２キュア工程と、
   を特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記キュアの温度は前記シリコン基板と樹脂に影響しない温度であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
   
   
   

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