JP2007258629A - チップサイズパッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】再配線層の金属とポストの金属との間の未着や接触抵抗の増加がなく、品質や信頼性の良好なＷＬＣＳＰを製造する工程を提供することを目的とする。
【解決手段】金属層形成工程で絶縁層６の上にポスト１０の高さと再配線層９の厚みの和に相当する厚みの銅層２１を形成し、ポスト１０となる部分を残してエッチングすることにより再配線層９を形成し、エッチングされない部分をポスト１０とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、チップサイズパッケージの製造方法に関し、特に再配線層およびポストを形成する方法に関する。

半導体装置の実装基板上における高密度な実装を実現するための技術として、半導体装置のパッケージの大きさを半導体チップと同じか、わずかに大きいサイズとしたチップサイズパッケージ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ：ＣＳＰ）またはチップスケールパッケージ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ：ＣＳＰ）と称されるパッケージ技術がある。この中でウェハレベルチップサイズパッケージ（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ：ＷＬＣＳＰ、以下ＷＬＣＳＰとする）は個々の半導体チップをウェハから切り出す前の段階でパッケージ化する技術であり、パッケージの大きさを半導体チップと同じ大きさにする技術である。

従来、ＷＬＣＳＰは図３に示すような工程にて製造されるのが一般的である（特許文献１参照）。以下に従来の工程を図３に沿って説明する。
回路素子が形成された半導体基板２０２には、通常のウェハプロセスにより回路素子が形成された面に保護膜層１０１と回路素子に電気的に接続された複数の電極パッド１０２とが形成されている。

最初に、図３（ａ）に示すように、この半導体基板に絶縁膜１０３が形成され、この絶縁膜１０３の表面に導電性金属からなるシード層１０４が形成される（図３（ｂ））。次にこのシード層１０４上面にレジスト１０５が塗布され（図３（ｃ））、このレジスト１０５にフォトリソグラフィにより再配線パターンが形成される。続いて、図３（ｄ）に示すように、レジスト１０５で覆われた部分以外の表面に銅がメッキされ、レジスト１０５が除去されることによって再配線層１０６が完成する（図３（ｅ））。

次に、全面にレジスト１０７が塗布され（図３（ｆ））、図３（ｇ）に示すように、フォトリソグラフィによりレジスト１０７の層にポスト１０８の部分だけが抜けたポストパターンが形成される。続いてポスト１０８の銅がメッキされ，レジスト１０７が除去されることによってポスト１０８が完成し、不要なシード層１０４が除去される（図３（ｉ））。
次に、ポスト１０８の部分を除く全面が封止樹脂１０９で封止され（図３（ｊ））、ポスト１０８の上端を表出させ、その上端部にハンダボール等の外部接続端子１１０が設けられることによって，図３（ｋ）に示すようにＷＬＣＳＰ２０１の構造が完成する。

以上の工程で半導体基板上にはパッケージ化された多数の半導体装置が形成され、ダイシング工程でこれらパッケージ化された多数の半導体装置を個片化することにより、ＷＬＣＳＰが完成される。

しかし、この工程では再配線層の銅とポストの銅とのメッキが図３（ｄ）および図３（ｈ）で示すように別々に行われ、これらのメッキ工程の間にレジストの塗布の工程（図３（ｆ））と、パターニング後のレジストの剥離の工程（図３（ｇ））とがあるため、レジストの未開口やポストの底にレジストが薄く残留するレジスト残渣などによって、再配線層の銅とポストの銅との間の未着や接触抵抗の増加などが生じて品質や信頼性の問題となる。
特許第３７１１３４１号公報

本発明では、再配線層の金属とポストの金属との間の未着や接触抵抗の増加がなく、品質や信頼性の良好なＷＬＣＳＰを製造する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供している。
本発明に係るチップサイズパッケージの製造方法は、回路素子が形成された半導体基板上に絶縁層が形成され、この絶縁層上に、再配線層が形成され、この再配線層に形成された配線の所定の位置に形成されたポストと、このポスト以外の前記配線層の上部を封止する封止樹脂と、この封止樹脂の表面から突出するように前記ポストの上端に設けられた外部接続端子とが形成されたチップサイズパッケージの製造方法であって、前記絶縁層上に金属層を形成する金属層形成工程と、この金属層形成工程で形成された前記金属層を前記ポストとなる部分を残してエッチングすることにより、前記金属層より薄い再配線層と前記ポストとを形成するポスト形成工程と、このポスト形成工程で形成された前記再配線層に、前記配線を形成する再配線工程と、を有することを特徴とする。

すなわち、金属層形成工程で絶縁層上にポストの高さと再配線層の厚みの和に相当する厚みの金属層を形成し、ポストとなる部分を残してエッチングすることにより再配線層を形成し、エッチングされない部分をポストとするものである。このような製造工程とすることにより、従来の再配線層のメッキ工程とポストのメッキ工程とを一の工程でおこなうことになり、従来工程では存在した再配線層のメッキ工程とポストのメッキ工程との間のレジストの塗布、パターニング、レジストの剥離の工程がなくなり、ポストの底のレジスト残渣の問題はなくなる。

また、本発明に係るチップサイズパッケージの製造方法は、前記再配線工程で前記ポストの周囲に前記再配線層の金属を残すようにパターニングすることを特徴とする。

再配線工程において再配線層をエッチングすることにより前記電極パッドに電気的に接続された配線を形成する際に、ポストの外周がレジストで覆われるようにしてパターニングするとポストの外周部はエッチングされることがない。すなわち、再配線層を形成する際のさらなるポストのエッチングによるポストの断面積の減少を防止し、もって抵抗の増加による品質の低下を防止することができる。

本発明によれば、再配線層の金属とポストの金属との間の未着や接触抵抗の増加がなく、品質や信頼性の良好なＷＬＣＳＰを製造することができる。
この場合、再配線工程でポストの周囲に再配線層の金属を残すようにパターニングすれば、ポストの断面積の減少による抵抗の増加を防止し、品質の良好なＷＬＣＳＰを製造することができる。

本発明の第１の実施形態について、図１および図２を参照して説明する。
図１に本発明に係る製造方法により製造されたＷＬＣＳＰ１の断面図を示す。
半導体製造工程を経た半導体基板２は、表面層に外部回路と接続される複数の電極パッド３を備えるとともに、酸化ケイ素からなる保護膜層４で覆われており、この保護膜層４上には酸化ケイ素、窒化ケイ素からなる絶縁層６がＣＶＤ法によって形成され、この絶縁層６上には、シード層７を介して、銅からなる再配線層９が形成されている。シード層７は、１５００オングストローム程度の厚みのクロム（Ｃｒ）またはチタン（Ｔｉ）と５０００オングストローム程度の厚みの銅（Ｃｕ）とをスパッタリング法で積層した積層構造となっている。クロム（Ｃｒ）またはチタン（Ｔｉ）に代えてニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）のいずれかと銅（Ｃｕ）との積層構造にしてもよく、さらに、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）のいずれかとチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）のいずれかと銅（Ｃｕ）との3層構造にしても良い。

保護膜層４と絶縁層６とは複数の電極パッド３のうちいくつかの電極パッド３ａを露出するように形成されており、この露出した電極パッド３ａに再配線層９に形成された配線の一部が前記のシード層７を介して接続されている。
また、この再配線層９の所定の場所には銅のポスト１０が立ち上げられており、このポスト１０の上端には外部接続用のボール状のバンプ１１が外部接続端子として設けられている。さらに再配線層９上は、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの絶縁性の封止樹脂１２がスピンコート等で塗布され、加熱あるいは紫外線照射によって硬化されることによって封止され、ポスト１０の上端に設けられたバンプ１１がこの封止樹脂１２の上に突出している。

次に、このように構成されるＷＬＣＳＰ１の製造方法について説明する。ここで図３に示す従来方法のうち図３（ａ）、（ｂ）に示す絶縁層形成とシード層形成、および図３（ｊ）、（ｋ）に示す樹脂封止と外部接続端子形成の各工程は本実施態様においても同様であるので説明を省略し、本発明の特徴部分である金属層形成工程から再配線工程までを図２に基づいて説明する。

（１）金属層形成工程
まず、図２（ａ）に示すように、積層構造からなるシード層７の上に、再配線層９の厚みとポスト１０の高さを合計した厚みとなるまで銅をメッキして金属層としての銅層２１を形成する。そして、この銅層２１の上に半田濡れ性確保および銅の酸化防止のためのバリアメタル層１３のメッキを施す（図２（ｂ））。銅層２１の厚みは、例えば５〜１５マイクロメータ、好ましくは８〜１２マイクロメータであり、薄すぎると電気抵抗が高くなり、厚すぎると後述のエッチングに時間を要する。

（２）ポスト形成工程
次にこのバリアメタル層１３の上にレジスト２３を塗布し（図２（ｃ））、このレジスト２３を、ポストパターンのデータを使用して作成されたネガタイプのマスクを用いて感光し、反応部分のレジスト２３を除去することによってポスト１０となる部分の上部にのみレジスト２３を残し（図２（ｄ））、レジスト２３が覆っていない部分の銅層２１を再配線層９の銅厚となるまでエッチングする。このエッチングによって図２（ｅ）に示すようにレジスト２３で覆われていた部分がポスト１０として残り、このポスト１０以外の部分が再配線層９となる。この後残ったレジスト２３を剥離する（図２（ｆ））。

（３）再配線工程
さらにポスト１０を覆う厚みに全体にレジスト２４を塗布し（図２（ｇ））、再配線層９の配線パターンのデータを使用して作成されたネガタイプのマスクを用いて感光した後、反応部分のレジスト２４を除去することによって配線の部分にレジスト２４を残す。このとき、再配線層９の配線パターンをポスト１０の周囲に少し拡大しておく。こうすると、反応部分のレジスト２４を除去したときに、図２（ｈ）に示すようにポスト１０の周囲がレジスト２４で覆われている状態にできる。次に、レジスト２４で覆われていない部分の再配線層９とシード層７をドライエッチングで除去し、残ったレジスト２４を剥離することによって、図２（ｉ）に示すように再配線層９の配線が完成する。

このような工程で再配線層９の配線とポスト１０とを形成すると、再配線層９の銅とポスト１０の銅とは図２（ａ）の工程で同時にメッキされているので、従来工程で再配線層１０６の形成工程とポスト１０８の形成工程との間に介在するレジスト塗布、感光、レジスト除去の工程が、本実施形態の工程では介在せず、ポスト１０形成のためのレジストの未開口やポスト１０と配線層９との境目に存在するレジスト残渣がない。

またレジスト２４のパターニングで、再配線層９の配線パターンをポスト１０の周囲に少し拡大しておくことによって、図２（ｈ）に示すようにポスト１０の周囲を配線形成のためのレジスト２４で覆っているため、エッチング中にポスト１０の周面がエッチングされてしまう、いわゆるサイドエッチを防止できる。

以上のように、本実施形態の工程では従来工程では問題となるレジストの未開口やポスト１０と再配線層９との境目に存在するレジスト残渣の影響を排除できるので、ポスト１０と再配線層９との未着や接触抵抗の増大といった品質や信頼性に悪影響を与える問題の発生を防止することができる。
さらに、本実施形態の工程では再配線層９の配線形成のためのエッチングでポスト１０がサイドエッチによって細ってしまうことによる抵抗の増大などの品質に悪影響を与える問題も防止することができる。
この結果、再配線層９の金属とポスト１０の金属との間の未着や接触抵抗の増加がなく、品質や信頼性の良好なＷＬＣＳＰ１を製造する工程を提供できる。

次に、本発明に係る第２の実施形態について、図３および図４を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記第１の実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第２の実施形態のＷＬＣＳＰ２が上記第１の実施形態のＷＬＣＳＰ１と異なる点は、図３に示すように、再配線層９の上に第２のシード層８が形成され、この第２のシード層８の上にポスト１０が形成されている点である。

第２のシード層８はクロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）等の単一金属層、または、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）のいずれかと、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）のいずれかとを積層した層であり、銅のポスト１０はこの第２のシード層８を介して、再配線層９の所定の場所に立ち上げられている。

次に、このように構成されるＷＬＣＳＰ２の製造方法について説明する。
（１）金属層形成工程
まず、図４（ａ）に示すように、スパッタリング法で形成した第１のシード層７の上に、再配線層９の厚みの銅をメッキして第１の銅層２０を形成する。そして、この第１の銅層２０の上に所定の厚みの第２のシード層８をスパッタリング法で形成し、続いてポスト１０の高さの厚みの銅をメッキして第２の銅層２２を形成する。すなわち、これら第１の銅層２０と第２のシード層８と第２の銅層２２とが金属層とされている。
そして、第２の銅層２２の上に半田濡れ性確保および銅の酸化防止のためのバリアメタル層１３のメッキを施す（図４（ｂ））。

（２）ポスト形成工程
次にこのバリアメタル層１３の上にレジスト２３を塗布し（図４（ｃ））、このレジスト２３を、ポストパターンのデータを使用して作成されたネガタイプのマスクを用いて感光し、反応部分のレジスト２３を除去することによってポスト１０となる部分の上部にのみレジスト２３を残し（図４（ｄ））、レジスト２３が覆っていない部分の第２の銅層２２をエッチングし、第２のシード層８を露出させる。このエッチングによって図４（ｅ）に示すようにレジスト２３で覆われていた部分がポスト１０として残り、このポスト１０以外の部分が第２のシード層８を表面に有する再配線層９となる。この後残ったレジスト２３を剥離する（図４（ｆ））。

（３）再配線工程
さらにポスト１０を覆う厚みに全体にレジスト２４を塗布し（図４（ｇ））、再配線層９の配線パターンのデータを使用して作成されたネガタイプのマスクを用いて感光した後、反応部分のレジスト２４を除去することによって配線の部分にレジスト２４を残す。このとき、再配線層９の配線パターンをポスト１０の周囲に少し拡大しておく。こうすると、反応部分のレジスト２４を除去したときに、図４（ｈ）に示すようにポスト１０の周囲がレジスト２４で覆われている状態にできる。次に、レジスト２４で覆われていない部分の第１のシード層７と再配線層９と第２のシード層８とをドライエッチングで除去し、残ったレジスト２４を剥離することによって、図４（ｉ）に示すように再配線層９の配線が完成する。

このような工程で再配線層９の配線とポスト１０とを形成すると、第１の実施形態のＷＬＣＳＰ１と同様に、再配線層９の銅と第２のシード層８とポスト１０の銅との間にレジストの未開口やレジスト残渣が生じず、ポスト１０のサイドエッチを防止できる。
さらに、ポスト形成工程で第２の銅層２２をエッチングする際に、エッチング終点を第２のシード層８が出現する時点にできるのでエッチング終点がわかりやすい。

以上のように、本実施形態のＷＬＣＳＰ２を製造する工程では、従来工程では問題となるレジストの未開口やレジスト残渣を排除でき、ポスト１０のサイドエッチもないので、第１の実施形態のＷＬＣＳＰ１を製造する工程と同様の効果が得られる。
さらに、第２のシード層８を形成したことにより、ポスト形成工程においては第２のシード層８が露出するまでエッチングすれば良いから、第２の銅層２２のエッチング終点を判断しやすく、再配線層９の厚みを第１の銅層２０のメッキ厚で容易にコントロールできる。

なお、本実施形態ではポスト１０の金属と再配線層９の金属とを銅で形成しているが、電気抵抗の低い他の金属や合金、または積層構造の金属を使用しても良い。
また、本実施形態ではポスト１０の金属と再配線層９の金属とをメッキでつけているが、メッキ以外のスパッタリングや蒸着などの他の方法を使用しても良い。
さらに、本実施形態ではバリアメタル層１３を金属層形成工程の次の工程で形成しているが、ポスト１０の形成後の再配線工程の前後で形成しても良い。

また、本実施形態では外部接続端子を球状のボールバンプとしているが、板状のバンプとしても良いし、端子を搭載するのに代えてスクリーン印刷等によるハンダ層の直接形成でも良い。
また本実施形態では、ポスト形成工程と再配線工程とのフォトリソグラフィにおいて、ともにネガ型レジストを用いてネガパターンで露光しているが、ポジ型レジストを用いたポジパターンでの露光としても良い。

また、上記実施形態で示した各製造工程は、半導体製造技術の進歩に伴い適宜変更されることが想定されるが、本発明の特徴に直接的に関係のない工程については上記実施形態に限定されず適宜変更可能である。

本発明に係るＷＬＣＳＰを製造する方法によって製造したＷＬＣＳＰ１の一部断面図である。 本発明に係るＷＬＣＳＰ１を製造する方法のうちポスト形成工程から再配線工程までの製造方法を示す工程図である。 本発明に係るＷＬＣＳＰを製造する方法によって製造したＷＬＣＳＰ２の一部断面図である。 本発明に係るＷＬＣＳＰ２を製造する方法のうちポスト形成工程から再配線工程までの製造方法を示す工程図である。 従来のＷＬＣＳＰの製造方法を示す工程図である。

符号の説明

１・・・ＷＬＣＳＰ、２・・・半導体基板、3、３ａ・・・電極パッド、
４・・・保護膜層、６・・・絶縁層、７・・・第１のシード層、
８・・・第２のシード層、９・・・再配線層、
１０・・・ポスト、１１・・・バンプ（外部接続端子）、１２・・・封止樹脂、
１３・・・バリアメタル層、
２０・・・第１の銅層、２１・・・銅層（金属層）、２２・・・第２の銅層、
２３、２４・・・レジスト、
１０１・・・保護膜層、１０２・・・電極パッド、１０３・・・絶縁層、
１０４・・・シード層、１０５・・・レジスト、１０６・・・再配線層、
１０７・・・レジスト、１０８・・・ポスト、１０９・・・封止樹脂、
１１０・・・外部接続端子、
２０１・・・ＣＳＰ、２０２・・・半導体基板

Claims (2)

1. 回路素子が形成された半導体基板上に、絶縁層を介して、再配線層が形成されるとともに、
   この再配線層に形成された配線の所定の位置にポストが形成され、
   このポスト以外の前記再配線層の上部を封止する封止樹脂層が形成され、
   この封止樹脂層の表面から突出するように前記ポストの上端に外部接続端子が設けられたチップサイズパッケージの製造方法であって、
   前記絶縁層上に金属層を形成する金属層形成工程と、
   この金属層形成工程で形成された前記金属層を前記ポストとなる部分を残してエッチングすることにより、前記金属層より薄い再配線層と前記ポストとを形成するポスト形成工程と、
   このポスト形成工程で形成された前記再配線層に前記配線を形成する再配線工程と、
   を有するチップサイズパッケージの製造方法。
2. 前記再配線工程で、前記ポストの周囲に前記再配線層の金属を残すようにパターニングすることを特徴とする請求項１に記載のチップサイズパッケージの製造方法。
   
   

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