JP2009246079A - 半導体パッケージおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体チップが均一な厚さの絶縁層でインターポーザに固定された半導体パッケージおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】第１の工程において、保護層１１３の上に第１の絶縁性接着剤１３１ａを配置してこれに接着させる。第２の工程で、第１の絶縁性接着剤１３１ａに対し加熱処理等を行って硬化させ、第１の絶縁層１３１を形成する。第３の工程では、インターポーザ１２０の導体パターン１２２側に第２の絶縁性接着剤１３２ａを配置してこれに接着させる。第４の工程で、第１の絶縁層１３１を第２の絶縁性接着剤１３２ａ上に貼り合わせ、両者を加熱加圧することで半導体チップ１１０をインターポーザ１２０にフリップチップ接合させる。この加熱により、第２の絶縁性接着剤１３２ａも硬化されて第２の絶縁層１３２を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップを搭載する半導体パッケージ、およびその製造方法に関する。

近年、集積回路等の半導体素子の実装技術として、ダイシング前のウエハ状態のままでパッケージングまで行うＷＬ−ＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）の実用化が進んでいる。ＷＬ−ＣＳＰは、ベアチップとほぼ同サイズで配線長が短いことから、小型・薄型・高速という特徴を有しており、例えば携帯電話向けのＣＳＰとして採用されている。

ＷＬ−ＣＳＰとしては、バンプ付きテープ基板をインターポーザ（半導体パッケージ基板）として用い、半導体ウエハ側に形成されたバンプと、テープ基板に形成されたバンプとを接続するフリップチップ接続方式のＣＳＰがある（例えば、下記特許文献１）。図４は、現在発表されているＷＬ−ＣＳＰ９００の構造を示す断面図である。

図４に示すＷＬ−ＣＳＰ９００は、半導体チップ９１０とインターポーザ９２０とを絶縁性樹脂で形成された絶縁層９３０で接合した構造を有している。半導体チップ９１０の絶縁層９３０に接合される面には、例えばＡｌからなる外部接続用の電極パッド９１１と、電極パッド９１１以外を被覆する保護層９１２とが備えられている。電極パッド９１１には、例えばＡｕからなるスタッドバンプ９１３が設けられている。

インターポーザ９２０は、絶縁性の基材９２１上に導体パターン９２２が形成されたテープ基板から形成されており、導体パターン９２２の絶縁層９３０に接合される面にはＳｎＡｇバンプ９２３が設けられている。また、導体パターン９２２の反対の面には、基材９２１を貫通する突起状電極部９２４が設けられている。突起状電極部９２４は、内部に絶縁層９３０を形成している樹脂と同じ樹脂が充填されている。

上記のような構造のＷＬ−ＣＳＰ９００は、以下のように作製される。まず、半導体チップ９１０が形成された半導体ウェハとインターポーザ９２０が形成されたテープ基板とを所定の絶縁性接着剤で張り合わせ、スタッドバンプ９１３が未硬化の絶縁性接着剤を貫通してＳｎＡｇバンプ９２３に接触するまで押し付ける。そして、スタッドバンプ９１３とＳｎＡｇバンプ９２３とをフリップチップ接合する。このとき、未硬化の絶縁性接着剤が硬化して絶縁層９３０が形成される。その後、テープ基板と張り合わせられた半導体ウェハを、チップ単位に切断（ダイシング）することで、ＷＬ−ＣＳＰ９００が作製される。ＷＬ−ＣＳＰ９００は、突起状電極部９２４に配置された半田ボール９４０を介して、実装基板であるマザーボードに接続されて実装される。

また、ＷＬ−ＣＳＰ９００を製造する別の方法として、半導体チップ９１０が形成された半導体ウェハを切断して個片化された半導体チップ９１０を先に作製し、これをインターポーザ９２０が形成されたテープ基板上に搭載して作製する方法がある（以下では、個片搭載による製造方法という）。この製造方法では、未硬化の絶縁性接着剤の上に個片化された半導体チップ９１０を搭載し、スタッドバンプ９１３が絶縁性接着剤を貫通してＳｎＡｇバンプ９２３に接触するまで押し付ける。その後、スタッドバンプ９１３とＳｎＡｇバンプ９２３とをフリップチップ接合する。そして、個片化された半導体チップ９１０が搭載されたテープ基板をチップ単位に切断することで、ＷＬ−ＣＳＰ９００を作製することができる。
特許第３４４５４４１号公報

しかしながら、製造方法では以下のような課題があった。スタッドバンプ９１３とＳｎＡｇバンプ９２３とのフリップチップ接合では、フリップチップボンダー（ＦＣＢ）や加熱プレス装置等を用いており、未硬化の絶縁性接着剤の上に搭載された半導体チップ９１０は、スタッドバンプ９１３が絶縁性接着剤を貫通してＳｎＡｇバンプ９２３に接触するまでＦＣＢのヒートツールやプレス盤で押し付けられている。このとき、絶縁性接着剤が加熱されて流動性が高まることにより、半導体チップ９１０が絶縁性接着剤に沈み易くなり、インターポーザ９２０に対し平行に維持されなくなることがある。

半導体チップにスタッドバンプが固設されている部分では、スタッドバンプがインターポーザに接して半導体チップを支えており、半導体チップとインターポーザとの距離が維持される。これに対し、半導体チップの端部周辺でスタッドバンプが設けられていない部分では、インターポーザとの距離を維持するものがないため、スタッドバンプが設けられていない端部側から絶縁性接着剤に沈みやすくなる。その結果、半導体チップがインターポーザに対して傾いた状態で固定されてしまい、半導体チップとインターポーザとの間で均一な厚さの絶縁層が得られないといった問題がある。

また、半導体チップとインターポーザとの間を均一な厚さに保つために、製造工程において、一定の高さを保つためのスペーサを用いたり、加熱加圧時における厳しい温度管理や圧力管理が必要であり、製造工程を複雑にしていた。

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、半導体チップが均一な厚さの絶縁層でインターポーザに固定された半導体パッケージおよびその製造方法を提供する。

本発明の半導体パッケージの製造方法の第１の態様は、電極部と、前記電極部の少なくとも一部を露出するように被覆する保護層と、前記電極部に固設されたスタッドバンプと、を備えた半導体チップを、インターポーザ上に接合して形成される半導体パッケージの製造方法であって、前記保護層上に少なくとも前記スタッドバンプの先端が露出するように第１の絶縁性接着剤を配置する工程と、前記第１の絶縁性接着剤を硬化させて第１の絶縁層を形成する工程と、前記インターポーザ上に第２の絶縁性接着剤を配置する工程と、前記第１の絶縁層を前記第２の絶縁性接着剤上に貼り合わせて加熱加圧することで前記半導体チップを前記インターポーザにフリップチップ接合させる工程と、を有することを特徴とする。

本発明の半導体パッケージの製造方法の他の態様は、前記第１の絶縁性接着剤と前記第２の絶縁性接着剤とは、同一種類の接着剤であることを特徴とする。

本発明の半導体パッケージの製造方法の他の態様は、前記第１の絶縁性接着剤は接着剤シートであり、前記第１の絶縁性接着剤を配置する工程では、前記接着剤シートを前記保護層上にラミネートするとともに、前記スタッドバンプの少なくとも先端を前記接着剤シートから露出させ、前記第１の絶縁層を形成する工程では、前記接着剤シートを加熱加圧して硬化させることを特徴とする。

本発明の半導体パッケージの第１の態様は、電極部と、前記電極部の少なくとも一部を露出するように被覆する保護層と、前記電極部に固設されたスタッドバンプと、を備えた半導体チップを、インターポーザ上にフリップチップ接合して形成された半導体パッケージであって、前記保護層上に少なくとも前記スタッドバンプの先端が露出するように第１の絶縁性接着剤で形成された第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層と前記インターポーザとの間に第２の絶縁性接着剤で形成された第２の絶縁層と、を備えることを特徴とする。

本発明の半導体パッケージの他の態様は、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層とは、同一種類の絶縁性接着剤で形成されていることを特徴とする。

本発明の半導体パッケージおよびその製造方法によれば、複雑な製造管理を省き、半導体チップを均一な厚さの絶縁層でインターポーザに固定することが可能となる。

以下に、本発明の半導体パッケージおよびその製造方法にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明の半導体パッケージは、半導体チップをインターポーザに搭載した後に、インターポーザをダイシングして形成されたものである。

本発明の実施の形態に係る半導体パッケージを、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態の半導体パッケージの一実施例を示す断面図である。本実施形態の半導体パッケージ１００は、半導体チップ１１０とインターポーザ１２０とを絶縁層１３０で接合して固定した構造を有している。

半導体チップ１１０は、半導体素子１１１と、例えばＡｌからなる電極パッド１１２と、電極パッド１１２の少なくとも一部を露出するように半導体素子１１１の一方の面を被覆する保護層１１３とを備え、電極パッド１１２には例えばＡｕからなるスタッドバンプ１１４が設けられている。

また、インターポーザ１２０は、絶縁性の基材１２１上に導体パターン１２２が形成されたテープ基板から形成されており、導体パターン１２２の絶縁層１３０に接合される面にはＳｎＡｇバンプ１２３が設けられている。また、導体パターン１２２の反対の面には、基材１２１を貫通する突起状電極部１２４が設けられている。突起状電極部１２４は、絶縁層１３０を形成している樹脂と同じ樹脂が内部に充填されている。

本実施例の半導体チップ１１０は、半導体素子１１１の一方の端部側（図面右側）のみに電極パッド１１２およびスタッドバンプ１１４が設けられ、他方の端部側には設けられていないものとしている。このような構造の半導体チップをインターポーザ１２０に搭載すると、製造工程において、一定の高さを保つためのスペーサを用いたり、加熱加圧時における厳しい温度管理や圧力管理を怠った場合、スタッドバンプが設けられていない他方の端部側がインターポーザ１２０との間隔を狭くして接着されてしまうおそれがあった。

スタッドバンプが片方だけに設けられた半導体チップを、絶縁層を介してインターポーザに搭載して形成された従来の半導体パッケージの一例を図３に示す。同図に示す半導体パッケージ２００は、半導体チップ２１０とインターポーザ２２０とを絶縁２３０で接合して固定した構造を有している。半導体チップ２１０には、半導体素子２１１上の図面右側のみに電極パッド２１２とスタッドバンプ２１４が設けられている。

上記の半導体チップ２１０をインターポーザ２２０に搭載する製造方法として、インターポーザ２２０上に絶縁性接着材を配置し、その上に半導体チップ２１０を搭載する。そして、加熱加圧することで半導体チップ２１０とインターポーザ２２０とをフリップチップ接続する。この際、加熱により絶縁性接着剤の流動性が高まり、製造工程において加熱加圧時における厳しい温度管理や圧力管理を怠ると半導体チップ２１０のスタッドバンプが設けられていない図面左側の部分が絶縁性接着剤に沈み、インターポーザ２２０との間隔が狭まってしまう。その結果、半導体チップ２１０がインターポーザ２２０に対して傾いた状態で固定されてしまう。

本発明の半導体パッケージおよびその製造方法は、上記のような問題を解決して、半導体チップをインターポーザ上に略平行に搭載可能とするものである。本発明の第１の実施形態に係る半導体パッケージの製造方法を、図１を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態の半導体パッケージの製造工程を、断面図を用いて説明する図である。ここでは、半導体チップとして、スタッドバンプが半導体チップの一方の端部側のみに設けられた上記実施形態の半導体チップ１００を例に説明する。

本実施形態の半導体パッケージの製造方法では、図１（ａ）に示す第１の工程において、保護層１１３の上に第１の絶縁性接着剤１３１ａを配置してこれに接着させる。このとき、少なくともスタッドバンプ１１４の先端が、第１の絶縁性接着剤１３１ａを貫通して露出させるようにする。そのために、第１の絶縁性接着剤１３１ａの厚さを、保護層１１３の表面からスタッドバンプ１１４の先端までの高さ（以下では高さＨとする）よりも小さくする。また、第１の絶縁性接着剤１３１ａの表面は、保護層１１３の表面と略平行となるように配置する。

第１の絶縁性接着剤１３１ａとして、厚さがスタッドバンプ１１４先端までの高さＨよりも小さい接着剤シートを用いるのが好ましい。接着剤シートを用いた場合、接着剤シートを保護層１１３上にラミネートするとともに、スタッドバンプ１１４の少なくとも先端を接着剤シートから貫通させる。

図１（ｂ）に示す第２の工程では、第１の絶縁性接着剤１３１ａに対し加熱処理等を行って硬化させる。この場合の硬化は、（ｄ）の工程の加熱加圧時に厚さを確保できるレベル以上の硬化が必要である。硬化された第１の絶縁性接着剤１３１ａは、第１の絶縁層１３１を形成する。

図１（ｃ）に示す第３の工程では、インターポーザ１２０の導体パターン１２２側に第２の絶縁性接着剤１３２ａを配置してこれに接着させる。第２の絶縁性接着剤１３２ａは、導体パターン１２２の上面、導体パターン１２２の銅が除去されて基材１２１が露出した部分、および突起状電極部１２４の内部、のすべてに配置される。また、第２の絶縁性接着剤１３２ａの表面は、導体パターン１２２と略平行となるように配置する。

図１（ｄ）に示す第４の工程では、スタッドバンプ１１４とＳｎＡｇバンプ１２３とを位置合わせした後に、第１の絶縁層１３１を第２の絶縁性接着剤１３２ａ上に貼り合わせる。そして、両者を加熱加圧することで半導体チップ１１０をインターポーザ１２０にフリップチップ接合させる。この加熱により、図１（ｅ）に示すように、第２の絶縁性接着剤１３２ａも硬化されて第２の絶縁層１３２を形成する。第２の絶縁性接着剤１３２ａの硬化により、第１の絶縁層１３１と第２の絶縁層１３２とが一体化されて絶縁層１３０を形成する。

上記の本実施形態の製造工程において、第１の絶縁性接着剤１３１ａおよび第２の絶縁性接着剤１３２ａには、同一種類の接着剤を用いるのがよい。同一種類の接着剤を用いることで、第４の工程で第２の絶縁性接着剤１３２ａが硬化されたとき、第１の絶縁層１３１と第２の絶縁層１３２とが、強固に接着されて一体化する。

上記の本実施形態の製造方法を用いて作製された半導体パッケージ１００は、絶縁層１３０を第１の絶縁層１３１と第２の絶縁層１３２とに分けて作製しており、第１の絶縁層１３１を先に作製している。その結果、半導体チップ１１０とインターポーザ１２０とを重ね合わせて接合するときは、第２の絶縁層１３２を作製するための第２の絶縁性接着剤１３２ａのみが未硬化の状態にある。すなわち、半導体チップ１１０とインターポーザ１２０とのフリップチップ接合の際に流動性が高まるのは、第２の絶縁性接着剤１３２ａの部分だけである。

フリップチップ接合のときに流動性が高くなる接着剤部分の厚さをできるだけ小さくすることで、半導体チップ１１０が接着剤に沈みにくくすることができる。少なくとも、スタッドバンプ１１４を有しない半導体チップ１１０の図面左側の端部とインターポーザ１２０との間隔は、第１の絶縁層１３１の厚さ以上が確実に確保されている。

本実施形態の半導体パッケージ１００は、絶縁層１３０が第１の絶縁層１３１と第２の絶縁層１３２とで形成されているが、第１の絶縁層１３１と第２の絶縁層１３２との境界には、わずかな界面１３３が形成されている。第１の絶縁層１３１および第２の絶縁層１３２を形成するのに用いる第１の絶縁性接着剤１３１ａおよび第２の絶縁性接着剤１３２ａとして、同じ種類の接着材を用いた場合、第１の絶縁層１３１と第２の絶縁層１３２とはほとんど区別がつかないように形成される。

しかし、第１の絶縁層１３１を先に硬化した後に、第２の絶縁性樹脂１３２を接着させて硬化した場合、第２の絶縁性接着剤１３２ａを加熱して硬化させる過程において、第２の絶縁性接着剤１３２ａが第１の絶縁層１３１の表面からごく浅い内部に浸透する現象が生じる。その結果、第１の絶縁層１３１と第２の絶縁層１３２との境界に薄い層の界面１３３が形成される。

上記説明の通り、本発明の半導体パッケージおよびその製造方法によれば、絶縁層１３０を第１の絶縁層１３１と第２の絶縁層１３２とに分け、これを段階的に形成するようにすることで、半導体チップ１１０をほぼ均一な厚さの絶縁層１３０でインターポーザ１２０に固定することが可能となる。
また、本発明は、半導体ウェハをダイシングして個片化された半導体チップをインターポーザに搭載する個片搭載、個片実装にも適用することができる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る半導体パッケージおよびその製造方法の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における半導体パッケージおよびその製造方法の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の第１の実施形態に係る半導体パッケージの製造工程を、断面図を用いて説明する図である。 第１の実施形態の半導体パッケージの一実施例を示す断面図である。 半導体チップを搭載した従来の半導体パッケージを示す断面図である。 従来の半導体パッケージを示す断面図である。

符号の説明

１００：半導体パッケージ
１１０：半導体チップ
１１１：半導体素子
１１２：電極パッド
１１３：保護層
１１４：スタッドバンプ
１２０：インターポーザ
１２１：基材
１２２：導体パターン
１２３：ＳｎＡｇバンプ
１２４：突起状電極部
１３０：絶縁層
１２３：ＳｎＡｇバンプ
１２４：突起状電極部
１３０：絶縁層
１３１：第１の絶縁層
１３１ａ：第１の絶縁性接着剤
１３２：第２の絶縁層
１３２ａ：第２の絶縁性接着剤
１３３：界面

Claims (5)

1. 電極部と、前記電極部の少なくとも一部を露出するように被覆する保護層と、前記電極部に固設されたスタッドバンプと、を備えた半導体チップを、インターポーザ上に接合して形成される半導体パッケージの製造方法であって、
   前記保護層上に少なくとも前記スタッドバンプの先端が露出するように第１の絶縁性接着剤を配置する工程と、
   前記第１の絶縁性接着剤を硬化させて第１の絶縁層を形成する工程と、
   前記インターポーザ上に第２の絶縁性接着剤を配置する工程と、
   前記第１の絶縁層を前記第２の絶縁性接着剤上に貼り合わせて加熱加圧することで前記半導体チップを前記インターポーザにフリップチップ接合させる工程と、を有する
   ことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
2. 前記第１の絶縁性接着剤と前記第２の絶縁性接着剤とは、同一種類の接着剤である
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージの製造方法。
3. 前記第１の絶縁性接着剤は接着剤シートであり、
   前記第１の絶縁性接着剤を配置する工程では、前記接着剤シートを前記保護層上にラミネートするとともに、前記スタッドバンプの少なくとも先端を前記接着剤シートから露出させ、
   前記第１の絶縁層を形成する工程では、前記接着剤シートを加熱加圧して硬化させる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体パッケージの製造方法。
4. 電極部と、前記電極部の少なくとも一部を露出するように被覆する保護層と、前記電極部に固設されたスタッドバンプと、を備えた半導体チップを、インターポーザ上にフリップチップ接合して形成された半導体パッケージであって、
   前記保護層上に少なくとも前記スタッドバンプの先端が露出するように第１の絶縁性接着剤で形成された第１の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層と前記インターポーザとの間に第２の絶縁性接着剤で形成された第２の絶縁層と、を備える
   ことを特徴とする半導体パッケージ。
5. 前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層とは、同一種類の絶縁性接着剤で形成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の半導体パッケージ。
   

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