JP2010183122A - Semiconductor device and production method therefor - Google Patents

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堅昇 村田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the productivity and the cost in production of semiconductor devices named a wafer-level CSP. <P>SOLUTION: A production process of semiconductor devices includes steps of forming interconnects 18 to electrically connect each of electrode pads 10a and external connection terminals on a wafer 10, having semiconductor elements formed thereon, connecting conductive balls formed in advance by another step thereon, and then covering the wafer with a resin 32 in a state that the upper portions of conductive support columns 30 are exposed. In the successive steps, a solder ball 34 as external connection terminal is disposed on the upper portion of the conductive support column. In the final step, the wafer is diced along the boundary lines of the semiconductor elements to form semiconductor devices. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ウェハの状態で半導体チップのパッケージ化が実現される、いわゆるウェハレベルCSPタイプの半導体装置及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a so-called wafer level CSP type semiconductor device in which a semiconductor chip can be packaged in a wafer state and a method for manufacturing the same.

半導体装置の製造業界においては、パッケージ化される一つの半導体装置を更に小型にするための努力が続けられている。半導体装置の小型化を実現するための最初の努力は、半導体チップ自体のサイズを小さくすることである。半導体チップを小さくすることによって、1枚のウェハから取得できるチップ数が増加して、その製造コストが引き下げられると共に、各素子間における電子の移動距離を短くすることができるので、その動作速度が向上する。微細加工技術の発達によって、同じ機能を有する半導体装置のチップサイズをより小さいものにすることが可能となった。現在の最先端のデザインルールは、0.18μm以下であり、これによれば、1つの半導体チップ上に2000万個以上のトランジスタを作り込むことが可能である。   In the semiconductor device manufacturing industry, efforts are being made to further reduce the size of one packaged semiconductor device. The first effort to realize the miniaturization of the semiconductor device is to reduce the size of the semiconductor chip itself. By reducing the size of the semiconductor chip, the number of chips that can be obtained from one wafer is increased, the manufacturing cost is reduced, and the movement distance of electrons between each element can be shortened. improves. With the development of microfabrication technology, it has become possible to reduce the chip size of a semiconductor device having the same function. The current state-of-the-art design rule is 0.18 μm or less, and according to this, 20 million or more transistors can be formed on one semiconductor chip.

半導体装置の小型化を実現するため、次の努力は、内蔵する半導体チップのサイズに対して、これを封止するパッケージのサイズをできるだけ近いものとすることである。この努力に対する一つの成果として、チップサイズパッケージ(Chip Size Package: CSP)あるいはチップスケールパッケージ(Chip Scale Package)と呼ばれるタイプの半導体装置が生まれた。チップサイズパッケージは、半導体装置を実装するプリント配線基板に対する接続端子(例えば、半田ボール。以下、外部接続端子という)を、半導体チップの面上に2次元的に配置するなどして、パッケージのサイズをチップサイズに近づけることに成功している。上記パッケージサイズを半導体チップサイズに近づくよう小さくすることによって、その実装面積が小さくなると共に、チップ上の電極と外部接続端子とを結ぶ配線長が短くなり、これによって上記半導体チップ自体を小さくした場合と同様に、半導体装置の動作速度が向上した。   In order to reduce the size of the semiconductor device, the next effort is to make the size of the package encapsulating the semiconductor chip as close as possible to the size of the built-in semiconductor chip. As a result of this effort, a semiconductor device of a type called a chip size package (CSP) or a chip scale package (Chip Scale Package) was born. In the chip size package, connection terminals (for example, solder balls, hereinafter referred to as external connection terminals) for a printed wiring board on which a semiconductor device is mounted are two-dimensionally arranged on the surface of the semiconductor chip, and the size of the package is thus reduced. Has succeeded in bringing the chip closer to the chip size. When the package size is reduced to be closer to the semiconductor chip size, the mounting area is reduced, and the wiring length connecting the electrode on the chip and the external connection terminal is shortened, thereby reducing the semiconductor chip itself. As with the above, the operation speed of the semiconductor device was improved.

その一方で、パッケージサイズを小さくしても、あまり製造コストを下げられないという問題があった。これは、パッケージのプロセスは、ウェハから切り出した個々の半導体チップ毎に行われるため、パッケージサイズを小さくしても、そのプロセス工数は一定であり、その生産性に変化がないからである。   On the other hand, there is a problem that even if the package size is reduced, the manufacturing cost cannot be reduced much. This is because the process of the package is performed for each individual semiconductor chip cut out from the wafer. Therefore, even if the package size is reduced, the process man-hour is constant and the productivity is not changed.

このような背景から、ウェハ状態のまま半導体チップをパッケージ化する技術(以下、ウェハレベルCSPという)が提案され、各社により実用化に向けての開発が進められている。ウェハレベルCSPとは、個々の半導体チップをウェハから切り出す前の段階で、そのパッケージ化を施す半導体製造技術である。ウェハレベルCSPにおいては、パッケージプロセスが、ウェハプロセスと一体にできるので、パッケージコスト、延いては半導体装置の製造コストを大幅に下げられる利点がある。ウェハレベルCSPの更に詳細な内容については、「日経BP社刊日経マイクロデバイス1998年8月号44〜71頁」を参照されたい。   From such a background, a technique for packaging a semiconductor chip in a wafer state (hereinafter referred to as a wafer level CSP) has been proposed, and development for practical use is being promoted by each company. Wafer level CSP is a semiconductor manufacturing technology for packaging individual semiconductor chips before they are cut out from the wafer. In the wafer level CSP, since the package process can be integrated with the wafer process, there is an advantage that the package cost and, moreover, the manufacturing cost of the semiconductor device can be greatly reduced. For further details of the wafer level CSP, refer to “Nikkei Microdevices August 1998, pages 44-71” published by Nikkei BP.

一方で、ウェハレベルCSPにおいては、従来のCSP型半導体装置と同様に、プリント配線基板に対する実装信頼性の問題がある。この種の半導体装置に対する温度サイクル試験において、プリント配線基板への外部接続端子の接合部にクラックが発生し、オープン不良となることがある。主たる原因は、シリコンからなる半導体チップとFR4等からなるプリント配線基板との線膨張係数差に基づく応力によるもので、ウェハレベルCSPの設計においてはこれを緩和する手段を講じなければならない。   On the other hand, in the wafer level CSP, there is a problem of mounting reliability with respect to the printed wiring board as in the conventional CSP type semiconductor device. In a temperature cycle test for this type of semiconductor device, a crack may occur at the joint portion of the external connection terminal to the printed wiring board, resulting in an open defect. The main cause is due to stress based on the difference in coefficient of linear expansion between a semiconductor chip made of silicon and a printed wiring board made of FR4 or the like, and means for alleviating this must be taken in the design of a wafer level CSP.

そこで、上記半導体チップとプリント配線基板との間の線膨張係数差を吸収し、これによる応力を緩和する好適な方法として、半導体チップ主面の配線パターン上に、金属製の支柱を形成し、該支柱上に半田ボール等の外部接続端子を接合した構造のものが提案されている。該半導体装置においては、上記半導体チップの主面及び支柱の周囲は樹脂によって覆われている。プリント配線基板に直接接合される外部接続端子と、半導体チップとの間に、上記支柱を介在させることによって、上記応力の発生時に該支柱部分の変形によってこれを緩和することができる。   Therefore, as a suitable method for absorbing the difference in linear expansion coefficient between the semiconductor chip and the printed wiring board and relieving the stress caused thereby, a metal post is formed on the wiring pattern of the semiconductor chip main surface, There has been proposed a structure in which an external connection terminal such as a solder ball is joined to the support. In the semiconductor device, the main surface of the semiconductor chip and the periphery of the support are covered with resin. By interposing the post between the external connection terminal directly bonded to the printed wiring board and the semiconductor chip, it can be mitigated by deformation of the post portion when the stress is generated.

その一方で、上記金属製支柱を備えた半導体装置は、以下のような問題点を有している。
(1)金属製支柱を半導体チップの主面上に形成するのに時間及びコストが掛かる。すなわち、上記金属製支柱は、配線パターン上に金属めっき(例えば、銅めっき)を積層することによって成形される。上記応力を緩和するために、該支柱を100μm以上の高さにする必要があり、めっき法によりこの支柱を形成するためには2時間以上掛かる。半導体装置の実装信頼性を更に改善するためには、支柱を更に高くする必要が生じるが(例えば、200μm以上)、必要な時間及びコストの面からその実現は極めて困難である。
(2)めっき法により金属製支柱を形成する場合、それらの形状、材質などを自由に選択できないため、目的とするパッケージの設計の自由度を制限する。
On the other hand, the semiconductor device provided with the metal support has the following problems.
(1) It takes time and cost to form the metal support on the main surface of the semiconductor chip. That is, the metal column is formed by laminating metal plating (for example, copper plating) on the wiring pattern. In order to relieve the stress, it is necessary to raise the support column to a height of 100 μm or more, and it takes 2 hours or more to form the support column by plating. In order to further improve the mounting reliability of the semiconductor device, it is necessary to further increase the supporting column (for example, 200 μm or more), but it is extremely difficult to realize it in terms of necessary time and cost.
(2) When metal posts are formed by plating, their shape, material, etc. cannot be freely selected, so the degree of freedom in designing the target package is limited.

従って、本発明の目的は、ウェハレベルCSPと呼ばれる半導体装置において、その実装信頼性を保証しつつ、その生産性を改善することである。   Accordingly, an object of the present invention is to improve the productivity of a semiconductor device called a wafer level CSP while ensuring its mounting reliability.

上記目的を達成するため、本発明の半導体装置は、半導体基板の主面に形成されている電気回路に電気的に接続されている電極パッドを有する半導体チップと、上記半導体チップ上に設けられており、上記電極パッドに電気的に接続されている略球状の導電性支柱と、上記半導体チップ上に上記導電性支柱の頂部が露出するように形成されている樹脂と、上記導電性支柱の頂部に設けられている外部接続端子とを有する。   In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention is provided on a semiconductor chip having an electrode pad electrically connected to an electric circuit formed on a main surface of a semiconductor substrate, and the semiconductor chip. A substantially spherical conductive column electrically connected to the electrode pad; a resin formed on the semiconductor chip so that a top portion of the conductive column is exposed; and a top portion of the conductive column. And an external connection terminal.

好適な実施形態においては、上記電極パッドと上記導電性支柱とが上記半導体チップ上に形成されている配線により電気的に接続されている。また、上記外部接続端子が半田ボールであることが好ましく、更に好ましくは、上記導電性支柱が略球状の銅ボールと当該銅ボールの表面を覆う半田により構成されている。更には、上記導電性支柱の高さが200μm以上であることが好ましい。   In a preferred embodiment, the electrode pad and the conductive column are electrically connected by wiring formed on the semiconductor chip. Further, the external connection terminal is preferably a solder ball, and more preferably, the conductive support is made of a substantially spherical copper ball and solder covering the surface of the copper ball. Furthermore, the height of the conductive support is preferably 200 μm or more.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、電気回路と当該電気回路に電気的に接続されている電極パッドとを有する半導体素子が形成されているウェハを用意する工程と、上記半導体素子上に外部接続端子と上記電極パッドとを電気的に接続するための配線を形成する工程と、上記配線の所定の位置に予め形成された導電性支柱を接続する工程と、上記半導体素子上に上記導電性支柱の頂部が露出するように樹脂を形成する工程と、上記導電性支柱の頂部に外部接続端子を形成する工程と、上記ウェハをダイシングして外部接続端子が形成された半導体装置を得る工程とを有する。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a wafer on which a semiconductor element having an electric circuit and an electrode pad electrically connected to the electric circuit is formed; Forming a wiring for electrically connecting the external connection terminal and the electrode pad; connecting a pre-formed conductive column at a predetermined position of the wiring; and conducting the conductive material on the semiconductor element. Forming a resin so that the top of the conductive support is exposed; forming an external connection terminal on the top of the conductive support; and obtaining a semiconductor device in which the external connection terminal is formed by dicing the wafer. And have.

また、上記樹脂を形成する工程が、上記半導体チップ上に軟性の樹脂を供給して硬化させる工程と、上記樹脂の表面及び上記導電性支柱の上部を研削して上記導電性支柱の頂部を露出させる工程とを含むことが好ましい。   Further, the step of forming the resin includes a step of supplying and curing a soft resin on the semiconductor chip, and a surface of the resin and an upper portion of the conductive column are ground to expose a top portion of the conductive column. It is preferable to include the process to make.

本発明においては、導電性支柱を配線の所定の位置に載置、接続することで外部接続端子のための支柱を形成できるので、従来のメッキ法による支柱の形成に比べて極めて短時間に目的の高さの支柱を得ることができる。これにより、支柱の設計の自由度を高め、それによりパッケージの実装信頼性を得るに必要かつ十分な寸法、形状及び材質の支柱を得ることができる。   In the present invention, since the support pillar for the external connection terminal can be formed by mounting and connecting the conductive support pillar at a predetermined position of the wiring, the object can be achieved in a very short time compared to the formation of the support pillar by the conventional plating method. Can be obtained. Thereby, the freedom degree of the design of a support | pillar can be raised and the support | pillar of a dimension, a shape, and a material required and sufficient for obtaining the mounting reliability of a package by it can be obtained.

また、上記導電性支柱が略球状の銅ボールと当該銅ボールの表面を覆う半田により構成されていることが好ましく、上記導電性支柱を接続する工程が、上記導電性支柱を上記配線の所定の位置に載置する工程と、上記導電性支柱の表面の半田を溶融して上記配線の所定の位置に当該導電性支柱を接続する工程とを含むことが好ましい。更には、上記外部接続端子を形成する工程が、上記導電性支柱の頂部に半田ボールを載置する工程と、上記半田ボールを溶融して当該半田ボールを上記導電性支柱に接続する工程とを含むことが好ましい。   Further, the conductive support is preferably composed of a substantially spherical copper ball and a solder covering the surface of the copper ball, and the step of connecting the conductive support includes connecting the conductive support to the predetermined wiring line. It is preferable to include a step of placing the conductive strut on a position and a step of melting the solder on the surface of the conductive strut and connecting the conductive strut to a predetermined position of the wiring. Further, the step of forming the external connection terminal includes a step of placing a solder ball on the top of the conductive column, and a step of melting the solder ball and connecting the solder ball to the conductive column. It is preferable to include.

以上の如く本発明によれば、ウェハレベルCSPと呼ばれる半導体装置において、その実装信頼性を保証しつつ、従来めっき法で問題となっていたその生産性及びコストを改善することができる。   As described above, according to the present invention, in a semiconductor device called a wafer level CSP, it is possible to improve the productivity and cost that have been problems in the conventional plating method while ensuring the mounting reliability.

また、本発明の製造方法によれば、200μm以上の高さを有する導電性支柱を容易に得ることができるので、部材間の線膨張係数差に起因する応力の発生を抑えることが容易になり、この種の半導体装置の実装信頼性を向上させることができる。   In addition, according to the manufacturing method of the present invention, a conductive support having a height of 200 μm or more can be easily obtained, so that it is easy to suppress the generation of stress due to the difference in linear expansion coefficient between members. The mounting reliability of this type of semiconductor device can be improved.

本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明に係る製造方法により得られるBGAタイプの半導体装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the BGA type semiconductor device obtained by the manufacturing method which concerns on this invention. 図5の半導体装置の要部を拡大した図である。It is the figure which expanded the principal part of the semiconductor device of FIG. 本発明に係る製造方法により得られるLGAタイプの半導体装置の要部を拡大した図である。It is the figure which expanded the principal part of the LGA type semiconductor device obtained by the manufacturing method which concerns on this invention.

以下、本発明の実施形態を図面に沿って説明する。本実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、半導体素子を形成したウェハの状態で、パッケージプロセスが実施され、最後にウェハをダイシングした段階で、パッケージ化された半導体装置が得られる。本実施形態に係る製造方法は、半導体素子を形成したウェハの表面に、必要な配線を施し、この上に予め別工程で用意した導電性ボールを接続し、ウェハ表面を樹脂で覆い、外部接続端子である半田ボールを移載し、半導体素子の境界線に沿ってウェハをダイシングして個々のパッケージを得る工程を含んでいる。これらの具体的な工程を、図1〜図4に沿って順次説明する。なお、当業者であれば、これらの図が、説明のために誇張して示されていることが理解されるであろう。また、図では、ウェハの一部の断面(2つの半導体装置に対応するもの)のみが示されているが、図で示す各工程に従って、ウェハの全域に亘って以下に説明する処理が実施されることが理解されるであろう。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, a package process is performed in the state of a wafer on which semiconductor elements are formed, and a packaged semiconductor device is obtained when the wafer is finally diced. In the manufacturing method according to the present embodiment, necessary wiring is provided on the surface of a wafer on which a semiconductor element is formed, and conductive balls prepared in a separate process are connected on the surface, and the wafer surface is covered with a resin, and external connection is performed. It includes a step of transferring solder balls as terminals and dicing the wafer along the boundary line of the semiconductor element to obtain individual packages. These specific steps will be sequentially described with reference to FIGS. Those skilled in the art will appreciate that these figures are exaggerated for purposes of illustration. In the figure, only a partial cross section of the wafer (corresponding to two semiconductor devices) is shown, but the processing described below is performed over the entire area of the wafer according to each step shown in the figure. It will be understood that

図示した各工程に先立って、通常のウェハプロセスが実施され、シリコンウェハの表面上にマトリクス状に配列された半導体素子が形成される。ここでは、一つの半導体装置に対応して形成されるウェハ上の一つの回路パターンを半導体素子と呼ぶ。ウェハ表面には、各半導体素子から引き出された複数の電極パッドが露出され、後の工程で各電極パッドと外部接続端子とが電気的に接続される。   Prior to the illustrated steps, a normal wafer process is performed to form semiconductor elements arranged in a matrix on the surface of the silicon wafer. Here, one circuit pattern on the wafer formed corresponding to one semiconductor device is called a semiconductor element. A plurality of electrode pads drawn from each semiconductor element are exposed on the wafer surface, and each electrode pad and an external connection terminal are electrically connected in a later process.

図1に示す本実施形態に係る最初の工程(A)において、上記ウェハプロセスの工程で半導体素子を形成したウェハ10の表面に、感光性ポリイミド樹脂の層12が形成される。この層12は、ウェハ10の全域に亘り、一旦電極パッド10aを覆う。この層12は、比較的脆いシリコンウェハの表面を覆い、完成されたパッケージの外側から与えられる衝撃が、ウェハ表面に伝播するのを緩和する。次に、工程(B)で、フォトマスクを用いて、電極パッド10aに対応する領域及び半導体素子の境界線に沿う領域をマスクし、感光性ポリイミド樹脂を感光した後に、上記領域上のポリイミド樹脂をエッチング除去する。   In the first step (A) according to the present embodiment shown in FIG. 1, a layer 12 of photosensitive polyimide resin is formed on the surface of the wafer 10 on which the semiconductor elements are formed in the wafer process. This layer 12 temporarily covers the electrode pad 10 a over the entire area of the wafer 10. This layer 12 covers the surface of the relatively fragile silicon wafer and mitigates the impact applied from the outside of the finished package to the wafer surface. Next, in step (B), a photomask is used to mask the region corresponding to the electrode pad 10a and the region along the boundary line of the semiconductor element, and after exposing the photosensitive polyimide resin, the polyimide resin on the region is exposed. Is removed by etching.

次に、ウェハ上に金属配線を形成するために、図1の工程(C)〜図2の工程(J)を実施する。始めに、工程(C)において、イオンスパッタ法を用いてウェハ表面にチタンタングステン(TiW)を堆積させた後、その上にクロム(Cr)、ニッケル(Ni)等のバリアメタル14を形成する。その後、工程(D)で、配線を形成するためにレジスト16をホトリソグラフィ技術により形成し、工程(E)で、銅(Cu)を露出されたバリアメタル14上にめっきし、配線18を形成する。   Next, in order to form metal wiring on the wafer, the process (C) in FIG. 1 to the process (J) in FIG. 2 are performed. First, in step (C), titanium tungsten (TiW) is deposited on the wafer surface by ion sputtering, and then a barrier metal 14 such as chromium (Cr) or nickel (Ni) is formed thereon. Thereafter, in step (D), a resist 16 is formed by photolithography to form wiring, and in step (E), copper (Cu) is plated on the exposed barrier metal 14 to form wiring 18. To do.

そして、図2の工程(F)において、再度、イオンスパッタ法によりウェハ表面にチタンタングステン(TiW)を堆積させた後、金(Au)、パラジウム(Pd)その他の酸化し難い貴金属20を上記配線18上に蒸着する。次に、工程(G)において上記レジスト16を除去し、工程(H)で、その上にメタルエッチングをおこなうため再度レジスト22をホトリソグラフィ技術により形成する。さらに、工程(I)で配線部以外のバリアメタル14のエッチングを行い、工程(J)でレジスト22の除去を再度行う。以上の工程を経て、ウェハ10上に導電性ボール及び外部接続端子を接続するための配線18が形成される。   Then, in step (F) of FIG. 2, after titanium tungsten (TiW) is deposited again on the wafer surface by ion sputtering, gold (Au), palladium (Pd), and other precious metals 20 that are difficult to oxidize are interconnected. Evaporate on 18. Next, in step (G), the resist 16 is removed, and in step (H), a resist 22 is formed again by photolithography in order to perform metal etching thereon. Further, the barrier metal 14 other than the wiring portion is etched in the step (I), and the resist 22 is removed again in the step (J). Through the above steps, wiring 18 for connecting conductive balls and external connection terminals is formed on the wafer 10.

次に、上記配線18上に導電性支柱を形成するために、図3の工程(K)〜(N)を実施する。本発明の製造方法においては、配線18上に導電性支柱を形成するために、別の工程で用意した導電性ボール28を用いる。導電性ボールは、配線18と後述する外部接続端子である半田ボール34とを電気的に接続すると共に、パッケージをプリント基板に実装したときに生じうる、配線側(すなわち半導体チップ)と半田ボール側(すなわち、プリント基板)との間の線膨張係数差による応力を緩和するよう機能する。この導電性ボールを別工程で形成し、ウェハ上に移載し、配線18に接続することによって導電性支柱が形成される。一つの実施形態において、導電性ボールには銅をコアにして表面を半田で覆った球状のものを使用することができる。   Next, steps (K) to (N) of FIG. 3 are performed in order to form conductive columns on the wiring 18. In the manufacturing method of the present invention, in order to form the conductive support on the wiring 18, the conductive ball 28 prepared in another process is used. The conductive ball electrically connects the wiring 18 and a solder ball 34 which is an external connection terminal to be described later, and can be generated when the package is mounted on a printed circuit board (that is, a semiconductor chip) and a solder ball side. It functions to relieve stress due to the difference in coefficient of linear expansion with respect to (ie, the printed circuit board). The conductive balls are formed in a separate process, transferred onto the wafer, and connected to the wiring 18 to form conductive columns. In one embodiment, the conductive ball may be a spherical ball with copper as the core and the surface covered with solder.

後述するように、このような構造の導電性ボールは、外側の半田により配線及び外部接続端子との接続性を良好にすると共に、中心の銅によってリフロー時の形状の崩れを防止する。この目的から、配線及び外部接続端子との接続性が保たれるなら、導電性ボールは全体を銅のような高伝導のもので形成しても良いであろう。この場合、半田ペーストを用いて配線上に導電性ボールを接続する。また、形状の一定性、すなわち実装後に形が大きく崩れないことが保証されるなら、全体を半田で形成しても良いであろう。更に導電性ボールの中心の金属は銅以外の半田に対する拡散係数の低い金属で形成しても良い。一つの実施形態において銅の回りの半田の厚みはおよそ20μmである。   As will be described later, the conductive ball having such a structure improves the connection between the wiring and the external connection terminal by the outer solder, and prevents the shape from being deformed at the time of reflow by the central copper. For this purpose, if the connectivity with the wiring and the external connection terminal is maintained, the entire conductive ball may be formed of a highly conductive material such as copper. In this case, the conductive balls are connected on the wiring using solder paste. Further, if it is guaranteed that the shape is constant, that is, the shape does not change greatly after mounting, the whole may be formed of solder. Furthermore, the metal at the center of the conductive ball may be formed of a metal having a low diffusion coefficient for solder other than copper. In one embodiment, the thickness of the solder around the copper is approximately 20 μm.

まず、図3の工程(K)で、該導電性ボールを接続するのに先立って、その位置に、レジスト24による開口24aを形成する。すなわちウェハ上に配線18を覆うようにレジスト24を形成し、ホトリソグラフィ技術により開口24aの部分のみを除去する。これにより、導電性ボールが接続される開口24aの位置で配線が露出される。次に、工程(L)で、半田ペースト26を該開口24aにスクリーン印刷で供給する。続いて、予め用意された導電性ボール28を図示しないハンドラにより吸着して、開口24a上に移載する。そして、一括リフローによりボール表面の半田及び半田ペースト26を溶融して配線18上に接続し、略球状の導電性支柱を得る。当業者であれば、BGA(Ball grid array)における外部接続端子としての半田ボールの実装法と類似の方法が、ここでも採用できることを理解するであろう。所定の吸着治具により多数の導電性ボール28を一括吸着し、その下面にフラックスを転写したのちに、開口24a上に各導電性ボールを移載する。この状態でウェハ10をリフロー炉に通して、各導電性ボール28の表面の半田及び開口24a内の半田ペースト26を溶融し、配線18上に導電性ボール28を接続することができる。一つの実施例において、240℃max.の温度、及び0.5m/分のベルトスピードの条件でリフローを行った。この場合、工程(L)〜(M)を実施するのに掛かった時間は、およそ10分程度であった。次の工程(N)において、ウェハ10の表面を覆っているレジスト24を除去し、これによって配線上に導電性支柱30が形成される。   First, in step (K) of FIG. 3, prior to connecting the conductive balls, an opening 24a is formed in the position at the position. That is, a resist 24 is formed on the wafer so as to cover the wiring 18, and only the portion of the opening 24a is removed by photolithography. As a result, the wiring is exposed at the position of the opening 24a to which the conductive ball is connected. Next, in the step (L), the solder paste 26 is supplied to the opening 24a by screen printing. Subsequently, the conductive ball 28 prepared in advance is attracted by a handler (not shown) and transferred onto the opening 24a. Then, the solder on the ball surface and the solder paste 26 are melted and connected to the wiring 18 by collective reflow to obtain a substantially spherical conductive support. Those skilled in the art will understand that a method similar to the method of mounting solder balls as external connection terminals in a BGA (Ball grid array) can also be adopted here. A large number of conductive balls 28 are collectively sucked by a predetermined suction jig, the flux is transferred to the lower surface thereof, and then each conductive ball is transferred onto the opening 24a. In this state, the wafer 10 is passed through a reflow furnace, the solder on the surface of each conductive ball 28 and the solder paste 26 in the opening 24 a are melted, and the conductive ball 28 can be connected to the wiring 18. In one embodiment, 240 ° C. max. And a belt speed of 0.5 m / min. In this case, the time taken to implement the steps (L) to (M) was about 10 minutes. In the next step (N), the resist 24 covering the surface of the wafer 10 is removed, thereby forming the conductive columns 30 on the wiring.

導電性ボール28の接続後、図4の工程(O)でパッケージ樹脂32がウェハ10上に供給され、その表面の全域に均一に広げられる。均一に広げられたパッケージ樹脂32の高さは、導電性支柱30を完全に覆うか、図のように導電性支柱30の上部に僅かな領域を残す程度である。パッケージ樹脂32をウェハ上に均一に供給するために、スピンコート法、スクリーン印刷法その他の樹脂の供給方法が採用できる。そして、液状あるいはゲル状の樹脂32は、所定時間キュアリングすることによって硬化される。本発明の実施に際し、パッケージ樹脂32は、好適には感光性ポリイミド樹脂である。次に、工程(P)において、パッケージ樹脂32の表面全域をグラインダその他の研削装置を用いて研削又は研磨して平滑にする。このとき、導電性支柱30の上部も共に研削され、これによって導電性支柱30が露出され、ここに平滑な円形の領域30aが形成される。導電性ボール28として、コアを銅とし、これを半田で覆ったものを用いた場合、その表面の研削又は研磨により、好適には内部の銅が領域30aの一部として露出する。好適な実施形態において、使用される導電性ボール28の径は例えば400μmであり、これを配線上に接続後、上記研削を行った残りボール高さは、200μm以上、好ましくは300μm未満のものである。   After the conductive balls 28 are connected, the package resin 32 is supplied onto the wafer 10 in the step (O) of FIG. 4 and is spread evenly over the entire surface. The height of the uniformly spread package resin 32 is such that it completely covers the conductive column 30 or leaves a small area on the upper side of the conductive column 30 as shown. In order to uniformly supply the package resin 32 onto the wafer, a spin coating method, a screen printing method, or another resin supply method can be employed. The liquid or gel resin 32 is cured by curing for a predetermined time. In carrying out the present invention, the package resin 32 is preferably a photosensitive polyimide resin. Next, in step (P), the entire surface of the package resin 32 is smoothed by grinding or polishing using a grinder or other grinding apparatus. At this time, the upper part of the conductive support column 30 is also ground together, whereby the conductive support column 30 is exposed and a smooth circular region 30a is formed here. In the case where a conductive ball 28 having a core made of copper and covered with solder is used, the inner copper is preferably exposed as a part of the region 30a by grinding or polishing the surface. In a preferred embodiment, the diameter of the conductive ball 28 used is, for example, 400 μm, and the remaining ball height after grinding is connected to the wiring and is 200 μm or more, preferably less than 300 μm. is there.

次に、外部接続端子としての半田ボール34の接続を行うため図4の工程(Q)を実施する。先の工程(K)〜(M)と同様に、上記研削されたウェハの表面上にレジストを塗布したのち、エッチングにより上記導電性支柱の平滑な領域上を除去し、ここに半田ペーストをスクリーン印刷法により充填する。次いで、別の工程で作成された半田ボール34を、この平滑な領域30a上に移載し、一括リフローにより固定する。リフローにより半田ボール34は平滑な領域30a上で溶融され、この領域30aの広い接触面積を介して強固に接合される。続く、工程(R)において、ダイシングソー36を用いて、ウェハ10をダイシングし、パッケージ化された半導体装置38を得る。   Next, in order to connect the solder balls 34 as external connection terminals, the step (Q) of FIG. 4 is performed. Similar to the previous steps (K) to (M), after applying a resist on the surface of the ground wafer, the smooth area of the conductive support is removed by etching, and a solder paste is screened here. Fill by printing method. Next, the solder balls 34 produced in another process are transferred onto the smooth region 30a and fixed by batch reflow. The solder balls 34 are melted on the smooth region 30a by reflow, and are firmly bonded through a wide contact area of the region 30a. Subsequently, in step (R), the wafer 10 is diced using a dicing saw 36 to obtain a packaged semiconductor device 38.

図5は、本発明に係る製造方法により得られる半導体装置の一例を示している。また、図6は、その要部を拡大した図である。これら図において半導体装置38の実装面側(図では上側)には、外部接続端子として、多数の半田ボール34が2次元的に配列されている。各半田ボール34は、パッケージ樹脂32に覆われた導電性支柱30及び配線18によって、半導体装置38の各電極パッド10aと電気的に接続されている。   FIG. 5 shows an example of a semiconductor device obtained by the manufacturing method according to the present invention. Moreover, FIG. 6 is the figure which expanded the principal part. In these drawings, a large number of solder balls 34 are two-dimensionally arranged as external connection terminals on the mounting surface side (the upper side in the figure) of the semiconductor device 38. Each solder ball 34 is electrically connected to each electrode pad 10 a of the semiconductor device 38 by the conductive support 30 and the wiring 18 covered with the package resin 32.

図6には、ウェハ10上に、感光性ポリイミド樹脂12、配線18及び導電性支柱30及び半田ボール34が形成された半導体装置38の様子が示されている。半導体装置38の上記製造工程で示されるように、電極パッド10a上の配線18と、半田ボール34とは、別工程で製造した導電性ボール28を接続することにより得られる導電性支柱30を介して電気的に接続されている。このような導電性ボールは、略球状の部材を用いることによって、その接触面積を比較的大きくとれる利点がある。これらの部材間における接触面積の増大が、部材間相互の接続信頼性を高め、また伝導性を高めるものであることが当業者において理解されるであろう。   FIG. 6 shows a state of the semiconductor device 38 in which the photosensitive polyimide resin 12, the wiring 18, the conductive support 30 and the solder ball 34 are formed on the wafer 10. As shown in the above manufacturing process of the semiconductor device 38, the wiring 18 on the electrode pad 10a and the solder ball 34 are connected via the conductive support 30 obtained by connecting the conductive ball 28 manufactured in a separate process. Are electrically connected. Such a conductive ball has an advantage that its contact area can be made relatively large by using a substantially spherical member. It will be understood by those skilled in the art that the increased contact area between these members increases the connection reliability between the members and increases the conductivity.

図7は、本発明の製造方法により作られる半導体装置の他の形態の要部を拡大して示している。図の半導体装置70は、LGA(Land grid array)構造のパッケージを備えている。すなわち、図の半導体装置70は、半田ペーストにより形成されるランド71を、プリント基板への外部接続端子として備える。ランド71の形成は、先の実施形態における工程(Q)において、半田ボールを移載することなく、領域30a上に半田ペーストを塗布した後、これを一括リフローすることにより形成する。   FIG. 7 is an enlarged view of a main part of another embodiment of a semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the present invention. The illustrated semiconductor device 70 includes a package having an LGA (Land grid array) structure. That is, the semiconductor device 70 shown in the figure includes a land 71 formed of a solder paste as an external connection terminal to a printed circuit board. The land 71 is formed by applying a solder paste on the region 30a and reflowing it in a lump without transferring the solder ball in the step (Q) in the previous embodiment.

以上、本発明の実施形態を図面に沿って説明した。本発明の適用範囲は特許請求の範囲の記載に従ってのみ限定され、上記実施形態において示した事項によって限定されないことは明らかである。上記実装形態において、導電性支柱を形成するために、略球状の導電性ボールを用いた。本発明の目的に従えば、それが別工程で製造されるものである限り、その形状は円柱状、円錐状、角柱状及び楕円状などであってよい。   The embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings. It is obvious that the scope of application of the present invention is limited only in accordance with the description of the scope of claims, and is not limited by the matters shown in the above embodiments. In the mounting form described above, a substantially spherical conductive ball was used to form the conductive column. According to the object of the present invention, the shape may be a columnar shape, a conical shape, a prismatic shape, an elliptical shape or the like as long as it is manufactured in a separate process.

本発明は、ウェハの状態で半導体チップのパッケージ化が実現される、いわゆるウェハレベルCSPタイプの半導体装置及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a so-called wafer level CSP type semiconductor device in which a semiconductor chip can be packaged in a wafer state and a method for manufacturing the same.

10 ウェハ
10a 電極パッド
12 感光性ポリイミド樹脂
14 バリアメタル
16 レジスト
18 配線
20 貴金属
22 レジスト
24 レジスト
24a 開口
26 半田ペースト
28 導電性ボール
30 導電性支柱
30a 半田ボール接続領域
32 パッケージ樹脂
34 半田ボール
36 ダイシングソー
38 半導体装置
70 半導体装置
71 ランド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Wafer 10a Electrode pad 12 Photosensitive polyimide resin 14 Barrier metal 16 Resist 18 Wiring 20 Precious metal 22 Resist 24 Resist 24a Opening 26 Solder paste 28 Conductive ball 30 Conductive support | pillar 30a Solder ball connection area 32 Package resin 34 Solder ball 36 Dicing saw 38 Semiconductor device 70 Semiconductor device 71 Land

Claims (1)

半導体基板の主面に形成されている電気回路に電気的に接続されている電極パッドを有する半導体チップと、
上記半導体チップ上に設けられており、上記電極パッドに電気的に接続されている略球状の導電性支柱と、
上記半導体チップ上に上記導電性支柱の頂部が露出するように形成されている樹脂と、
上記導電性支柱の頂部に設けられている外部接続端子と、
を有する、半導体装置。
A semiconductor chip having an electrode pad electrically connected to an electric circuit formed on the main surface of the semiconductor substrate;
A substantially spherical conductive support provided on the semiconductor chip and electrically connected to the electrode pad;
A resin formed on the semiconductor chip so as to expose the top of the conductive support;
An external connection terminal provided on the top of the conductive support;
A semiconductor device.
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