JP2014187334A - ウエハレベルパッケージ構造およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造コストの安いウエハレベルパッケージ製造方法を提供する。
【解決手段】基板の表面に、配線が形成される溝を含む絶縁性の第1の樹脂をモールドでプレスし固めることにより形成する樹脂形成工程と、前記第1の樹脂を酸素ドライエッチングでエッチングし基板の表面の一部を露出させる酸素ドライエッチング工程と、前記第1の樹脂の表面と前記溝に、前記配線の一部となる導電性樹脂を形成する成膜工程と、第1の樹脂の上面から下面の間の高さの範囲に切削刃を設置する設置工程と、前記切削刃を走査することにより、少なくとも前記第1の樹脂を切削する切削工程と、を含む、ことを特徴とするウエハレベルパッケージの製造方法。
【選択図】図25
【解決手段】基板の表面に、配線が形成される溝を含む絶縁性の第1の樹脂をモールドでプレスし固めることにより形成する樹脂形成工程と、前記第1の樹脂を酸素ドライエッチングでエッチングし基板の表面の一部を露出させる酸素ドライエッチング工程と、前記第1の樹脂の表面と前記溝に、前記配線の一部となる導電性樹脂を形成する成膜工程と、第1の樹脂の上面から下面の間の高さの範囲に切削刃を設置する設置工程と、前記切削刃を走査することにより、少なくとも前記第1の樹脂を切削する切削工程と、を含む、ことを特徴とするウエハレベルパッケージの製造方法。
【選択図】図25
Description
本発明はウエハレベルパッケージ構造およびその製造方法に関するものである。
近年、コンピュータや移動体通信機器など半導体チップを用いた回路システムに対しては、小型化の要求が非常に高まっている。このような要求を満たすため、半導体チップはそのチップサイズに近いチップサイズパッケージ(CSP)に実装されることがある。
CSPを実現する方法の一つとして、ウエハレベルパッケージ(WLP)と呼ばれるパッケージング方法が知られている(特許文献1,2参照)。WLPは、ダイシングにより個片化する前のシリコンウエハに対して外部端子電極などを形成する方法であり、ダイシングによる個片化は、WLPの後に行われる。WLPを用いれば、多数の半導体チップに対して外部端子電極などの形成を同時に行うことができるため、生産性を高めることができると期待されている。
しかしながら、WLPは、内部端子電極を有する基板を製造する前工程以後の工程であり、ボンディングワイヤを用いた一般的なパッケージング方法とは異なり、基板を含む最終製品に仕上げる後工程において一般的にフォトリソグラフィー工程(レジスト塗布、露光、現像、レジスト剥離)が含まれるため、製造コストが高いという問題があった。例えば、特許文献1の図9には、フォトリソグラフィー法によって配線層(12)をパターニングし、さらに、フォトリソグラフィー法によって絶縁層(21)をパターニングした後、外部端子電極(31)を形成する方法が記載されている。また、特許文献2の図3〜図4にも、フォトリソグラフィー法によって配線層(13)をパターニングし、さらに、フォトリソグラフィー法によって絶縁層(15)をパターニングした後、外部端子電極(16)を形成する方法が記載されている。
このような問題は半導体チップのWLPに限らず、微細な内部回路が形成された各種回路基板に外部端子電極を形成する他のケースにおいても生じる問題である。
このため、微細な内部回路が形成された回路基板、特にシリコンウエハにウエハレベルで外部端子電極を形成する、より安価な方法が求められている。
本発明にかかるウエハレベルパッケージ製造方法の代表的な構成は、基板の表面に、配線が形成される溝を含む絶縁性の第1の樹脂をモールドでプレスし固めることにより形成する樹脂形成工程と、第1の樹脂を酸素ドライエッチングでエッチングし基板の表面の一部を露出させる酸素ドライエッチング工程と、、第1の樹脂の表面と前記溝に、配線となる導電性樹脂を形成する第1の成膜工程と、切削刃を設置する設置工程と、切削刃を走査することにより、少なくとも第1の樹脂を切削する切削工程と、を含む、ことを特徴とする。
上記の第1の樹脂は、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂またはユリア樹脂を主成分とするとよい。例えば、ダイヤモンド製のバイトなどの切削刃による切削は、切削時の局部発熱で塑性変形を起こさない熱硬化樹脂が望ましい。切削刃の切れ味を良くするためには、適度な弾性率を持ち、応力歪曲線における破断強度が比較的低い樹脂が良好と考えられるからである。例えば、応力に対する歪みは数%以下が好ましく、クレーズ(Craze)が生じにくい、切削刃の絡み付きの少ない材料とするべきだからである。上述の樹脂はいずれも、例えば弾性率が2〜4GPaを示す程度に固く伸びが少ないπ型環状基を含有している。
またこれらの樹脂は、固くて伸びが少ない特性を有することから、これらの樹脂が切削される際、一緒に切断される隣接する導電性樹脂との間に、隙間が生じにくい。そのため樹脂が歪むことにより配線を形成する導電性樹脂が歪むことが防止されるという顕著な効果を有する。
上記の樹脂形成工程では、溝に隣接する第1の樹脂の断面を、基板の表面を基準として正テーパに形成することによって、第一の樹脂の溝に第1の導電性樹脂が充填しやすくなる。
また、上記の第1の成膜工程は、メタルマスク、樹脂マスク、メタルと樹脂の複合マスクを用いた印刷法によって導電性樹脂を形成してもよい。
上記の基板は、回路及び回路へ信号を入出力する内部端子電極を含む半導体基板であり、溝に成膜された導電性樹脂は、内部端子電極と、半導体基板のチップに相当する領域内にファンインとして設けられた外部端子電極と、を接続する配線層を形成してよい。
上記の基板は、回路及び回路へ信号を入出力する内部端子電極を含む半導体チップと、半導体チップの少なくとも側面を覆う絶縁性の第2の樹脂とを含み、溝に成膜された導電性樹脂は、内部端子電極と、半導体チップの領域外の第2の樹脂にファンアウトとして設けられた外部端子電極と、を接続する配線層を形成してよい。
例えば、上記の基板は、ウエハをダイシングした複数のチップを第2の樹脂に再配列した、ファンアウトWLP用基板である。
本発明によれば、製造コストが安いウエハレベルパッケージの製造方法を提供可能である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の好ましい実施形態による回路基板(シリコンウエハを含む)の構造を示す模式的な断面図である。
図1に示すように、本実施形態によるシリコンウエハ10は、ウエハ本体である基板1と、基板1の表面に形成されたチップ取り出し電極(内部端子電極)2と、チップ取り出し電極2に電気的に接続された半田ボール(外部端子電極)9とを備えている。基板1は、その後個片化される複数の半導体チップからなる集合基板である。これら半導体チップに形成されている回路は互いに同一である。
基板1の表面は、チップ取り出し電極2が設けられた領域以外のほぼ全面が絶縁性のパッシベーション膜3で覆われている。特に限定されるものではないが、チップ取り出し電極2は例えばアルミニウム(Al)からなる。チップ取り出し電極2には、後述する配線層と接する表面にメッキ(例えばNi+Au)があらかじめ施されていても構わない。尚、本明細書においては、「基板1」と言うときには、チップ取り出し電極2及びパッシベーション膜3を含むことがある。したがって、「基板1の表面」とは、チップ取り出し電極2の表面や、パッシベーション膜3の表面も指すことがある。
これら基板1、チップ取り出し電極2及びパッシベーション膜3からなる部分は、いわゆる前工程(拡散工程)にて作製される部分である。前工程においては、ステッパーなどを用いた極めて高精度なフォトリソグラフィー法によって、回路に関連する極微細な内部配線などが基板上に形成される。これら内部配線の端子となる部分がチップ取り出し電極2である。本実施形態によるシリコンウエハ10は、その表面にウエハレベルで加工を施すことにより、図1に示す配線層21,22及び半田ボール9などを形成するものである。尚、本発明において、外部端子電極は、半田ボール9には限られない。本願発明の特徴の一つである樹脂6は、配線層21(第1の導電性樹脂)と配線層21(第1の配線に物理的に隣接する第2の導電性樹脂)との電気的な絶縁を確立する。
図2は、本発明により組立てられたパッケージの平面図である。図2においては、半田ボール9が形成された面を表面にして示している。
図3は、本発明により組立てられたパッケージの側面図である。図3においては、半田ボール9が形成された面を上面にして示している。
図1に示すように、基板1の表面には、チップ取り出し電極2とパッシベーション膜3が設けられている。上述の通り、パッシベーション膜3は、基板1の表面のうちチップ取り出し電極2が設けられた領域以外のほぼ全面を覆っている。取り出し電極2は、配線層21に接続されている。特に限定されるものではないが、配線層21の厚みとしては1μm〜25μm程度とすればよい。
なお、配線層21の材質は銅を含む導電性樹脂や銀を含む導電性樹脂が好ましい。また、導電性ポリマーであってもよい。
配線層21の平面形状の一例は図4に示されており、特に限定されるものではないが、配線層21の上面のうち、配線層22によって覆われる部分22a以外は、全て保護絶縁膜11(図1)によって覆われている。本明細書においては、配線層21,22の上面のうち、保護絶縁膜11によって覆われていない部分を「第1の部分」と呼び、保護絶縁膜11によって覆われた部分を「第2の部分」と呼ぶことがある。したがって、配線層21は第1の部分を有していない。
さらに、図1に示すように、配線層21の端部は、バリア金属配線7及び銅配線8が積層されてなる第2の配線層22に接続されている。特に限定されるものではないが、バリア金属配線7の厚みとしては0.3μm程度、銅配線8の厚みとしては10μm程度とすればよい。銅配線8は、アルミ配線であってもよい。第2の配線層22は、半田ボール9の下地となるポスト電極として機能する配線層であり、基板1の表面に対して垂直に設けられている。換言すれば、配線層21のように基板1の表面に沿って延在する部分を有していない。
バリア金属配線7としては、Ti、Cr、Ta又はPdからなる単層膜、或いは、TiとNiの積層膜などを用いることができる。本発明においてバリア金属配線7を設けることは必須でない。
図1に示すように、基板1の表面のうち半田ボール9が形成される領域を除く全面は、保護絶縁膜11で覆われている。保護絶縁膜11の材料については特に限定されないが、電気的絶縁性無機物をPVD法で被膜したものや液状の有機絶縁材料をキュアなどで固化した材料を用いることが好ましい。
かかる構造により、配線層21の表面のうち、配線層22によって覆われる部分以外は全て保護絶縁膜11によって覆われることになる。同様に、配線層22の表面のうち、半田ボール9によって覆われる部分(第1の部分)以外は、全て保護絶縁膜11によって覆われることになる(第2の部分)。
次に、本実施形態によるウエハレベルパッケージの第1の実施形態の製造方法について説明する。
図5〜図16は、本実施形態によるウエハレベルパッケージの第1の実施形態の製造方法を説明するための工程図である。図5乃至図10は、図2における左側に示す複数のチップ取り出し電極2がY軸方向に展開されている場所の断面図に相当する。図11乃至図16は、図2における左側に示すいずれか一つのチップ取り出し電極2及び配線層21並びに半田ボール(外部端子電極)9のX軸方向の断面図に相当する。
まず、前工程が完了した基板1を用意し、図5に示すように、その表面を絶縁性の優れた第1の樹脂6で覆う(樹脂塗布工程)。樹脂塗布膜の厚さはとくに限定するものではないが3μmから27μm程度がのぞましい。本願発明の特徴の一つである第1の樹脂6の材料については、後述する。
次に配線層21(図1)を形成すべき領域の部分が図6(c)に示す溝201aとなるように樹脂6を溝形成する(樹脂形成工程)。樹脂の形成工程は、所定の大きさの凹凸の面を有するモールド型200の凹凸面を塗布された樹脂に対して、精確にアライメントされた位置に押しつける。モールド型200を基板1に押しつけるにあたり基板1に対して平行に押しつけなければならない、なぜならば基板1への力学的ダメージを無くすため均一な圧力にする必要があるからである。同様に基板1の面の平坦性が悪いとモールド型200と基板1との平行性が保てない為、モールド型200及び基板1に応力の不均一差から応力集中によりモールド型200や基板1にダメージを与えることになる。またモールド型200を樹脂6に押し付ける圧力は樹脂6の粘性によるが、10MPa以下が好ましい。モールド型200を樹脂6に加圧する際にモールド型200の凹部に空気を巻き込み、樹脂が未充填の場合がある、また空気の巻き込みを防ぐ為、真空中でモールドする場合がある。以上によれば溝幅(再配線幅)は10μm以下の微細な加工が可能となる。
次にモールド型200を樹脂6に押し付けた状態で、樹脂6に所定の紫外線(波長300〜400nm)を照射して樹脂6を硬化させる。樹脂6に対し紫外線を照射するにあたりモールド型200を紫外線が透過する材料にする必要がある為、材料は紫外線透過率の高く光学特性の良い石英ガラスが好ましい。
次に硬化反応が完了した樹脂6に対してモールド型200を離型する。この離型後に基板1上には樹脂6の凹凸形状が完成する。樹脂6の基板1に対する特性としては密着性の良い樹脂である必要があるが、モールド型200に対しては密着力が大きいと樹脂6からの離型性が悪くなり、離型後モールド型6の凹部に樹脂が残る又は基板1上に樹脂6の突起部が欠損する場合がある。この対策として、モールド型200に予めシランカップリング剤を介してフッ素系の離型剤を塗布する又はモールド型に超音波振動を与えながら離型する必要がある。
前記の樹脂形成工程は樹脂6を紫外線において硬化させる方法であるが、基板1上の樹脂6をその樹脂6のガラス転移温度以上に昇温させて、樹脂6の粘性を低下させた後に前記と同様に樹脂6をモールド型で押し付ける。その後樹脂をガラス転移温度以下に冷却し、樹脂6を硬化させた後に、モールド型200を離型させる方法もある。
次に、第1の樹脂を酸素ドライエッチングでエッチングし基板の表面の一部を露出させる(酸素ドライエッチング工程)。図6(c)に示すモールド型200の離型後にモールド型200の凸面と基板表面の間には薄い残膜204が基板1の表面上に残ってしまう。その残膜204を除去する方法として、図7に示すドライエッチング法である酸素リアクティブイオンエッチング(RIE)が上げられる。酸素ドライエッチング202の最適な条件としてRFパワー150W、チャンバー内のエッチング時圧力3Paが好ましい。以上により溝201が形成する(図8)
このようにして配線層21を形成すべき領域の部分の溝201を形成し、次に図9に示すように、メタルマスク、樹脂マスク、メタルと樹脂の複合マスクを用いた印刷法によって導電性樹脂を形成する(成膜工程)。その工程の中で溝201の内部に充填された導電性樹脂5を加熱により硬化させてもよい。溝201の内部に充填された導電性樹脂5がこの後の工程を経て第1の配線層21を形成することになる。
第1の配線層21となる成膜を被着した後は、切削刃によって基板1の表面に対して平行に切削し、樹脂によって形成された溝201の内部にのみ配線層21が残るよう、少なくとも第1の樹脂6上の導電性樹脂5を除去する(研削工程)。これによって配線21が完成する(図10、図11参照)。なお、研削工程において第1の樹脂6の一部が切削されてもなんら問題はない。基板1の表面(または裏面)から切削刃までの位置(高さ)について、切削ライン(走査ライン)が、第1の樹脂6の上面から2μm〜5μm下の位置(高さ)であることが、最も望ましい。
引き続き第2の配線層22を形成する。第2の配線層22の形成方法は、図12に示すように、配線層22の平面形状に対応する開口部301が設けられたメタルマスク300を用意し、基板1の表面(正確には第1の金属配線層21の表面)のうち、配線層22を形成すべき領域が開口部301を介して露出するよう、メタルマスク300を被せる(マスク工程)。
次に、図13に示すようにメタルマスク300を被せた状態で、PVD法によってバリア金属材料7及び銅配線8をこの順に被着させる(第2成膜工程)。これにより、メタルマスク300の開口部301を介して露出している基板1の表面(正確には導電性樹脂5の表面)、及びメタルマスク300の上面に、バリア金属材料7及び銅8が堆積した状態となる。
そして、図14に示すように、メタルマスク300を基板1から剥離すれば(リフトオフ工程)、フォトリソグラフィー法を用いることなく、バリア金属配線7及び銅配線8からなる第2の配線層22が形成される。
次に、図15に示すように、半田ボール9を形成すべき部分を除く基板1の表面に、電気的な絶縁材料を選択的に被膜する(保護絶縁膜形成工程)。絶縁材料を選択的に供給すると、配線層21の全面と配線層22の側面22sが保護絶縁膜11によって覆われることになる。絶縁材料を供給する前の段階では、配線層22が基板から最も突出していることから、配線層22を避けるように絶縁材料を選択的に供給すれば、配線層22の上面の全体が絶縁材料によって覆われることはない。なお、保護絶縁膜11の形成にはスクリーン印刷法を用い流動性を有する絶縁材料を選択的に供給し、キュアを行うことにより固化する方法でも良い。
その後は、配線層22の露出部分に半田を供給しこれを溶融させれば、図16に示すように半田ボール9が形成される(電極形成工程)。以上により、一連のWLP工程が完了する。その後は、スクライブラインに沿って基板1をダイシングすれば、個々の半導体チップに個片化することができる(切断工程)。尚、基板1のダイシングは、保護絶縁膜11を形成した後、半田ボール9を形成する前に行っても構わない。更に、半田ボール9に代えて配線層22のポスト電極を外部端子電極と見做すことも可能である。
以上説明したように、本実施形態によるシリコンウエハ10の製造方法によれば、2回のPVD被膜と1回の樹脂形成工程と1回の酸素ドライエッチング工程によって配線層21,22が直接形成される。さらに溝201の周囲を形成する樹脂6は除去することなくWLPを構成する一部分となる。樹脂6を永久レジストと呼ぶことがある。このため、従来の一般的な方法を用いたWLPと比べて、工程数が1/2以下に減少する。しかも、モールド型200とマスク300は安価に大量生産可能であるとともに、モールド型200及びマスク300を繰り返し使用することが可能である。これらにより、生産性が高く低コストなシリコンウエハ10を提供することが可能となる。
(ウエハレベルパッケージ製造方法)
図17は本発明によるウエハレベルパッケージ製造方法の第2〜第3の実施形態に共通のプロセスフローを示すフローチャートである。尚、前述の第1の実施形態も、図17のプロセスフローに準じている。図18は図17のフローチャートに沿って製造されるウエハレベルパッケージの変化の一例を示す概略図である。
図17は本発明によるウエハレベルパッケージ製造方法の第2〜第3の実施形態に共通のプロセスフローを示すフローチャートである。尚、前述の第1の実施形態も、図17のプロセスフローに準じている。図18は図17のフローチャートに沿って製造されるウエハレベルパッケージの変化の一例を示す概略図である。
図18に示すように、本方法では、基板450を用い、基板450は例えば半導体基板(例えばシリコンウエハ)としてよい。基板450には内部端子電極(チップ取り出し電極)442と絶縁体のパッシベーション膜444とが配列されている(特に断らない限り、これらを総称して基板450と呼ぶ)。
本方法ではまず、かかる基板450の表面に凹凸形状の絶縁性の第1の樹脂452を形成する樹脂形成工程400(図17)を行う。樹脂形成工程400では、例えば図18(a)に示すように、基板450の表面に第1の樹脂452を塗布する。第1の樹脂452は、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂またはユリア樹脂を主成分としてよい。
次に図18(b)〜(d)に示すように、第1の樹脂452の一部(内部端子電極442の位置)をモールド型200の凸部に精度良くアライメントを行い、基板450に対し平行にモールド型200を所定の圧力で押し付ける。次にモールド型200を樹脂6に押し付けた状態で、樹脂6に所定の紫外線をモールド型200に透過し、樹脂6を硬化させる。次に図18(d)に示すようにモールド型200を離型後、樹脂6の残膜204が残る為図18(e)に示すように酸素ドライエッチングによって除去する。図18(f)に示すように、残存する第1の樹脂452Aの間に溝454が形成される。第1の樹脂452Aは「凸」に相当し、溝454は「凹」に相当する。基板450を視点とすれば、第1の樹脂452が有する「凹」は、溝であり孔でもある。これは、図2及び図4が示す配線層21を絶縁する材である樹脂6の形状から当然に理解できることである。尚、第1の樹脂452は、第1の樹脂6と同じである。このように第1の樹脂形成工程400で形成される第1の樹脂452には、溝454による高低差すなわち凹凸があればよい。
次に、第1の樹脂を酸素ドライエッチングでエッチングし基板の表面の一部を露出させる酸素ドライエッチング工程401を行う。
本方法では図17に示すように、酸素ドライエッチング工程401の後に、配線の一部となる導電性樹脂を形成する第1の成膜工程410を含む。第1の成膜工程410は、メタルマスク、樹脂マスク、メタルと樹脂の複合マスクを用いた印刷法、スピンコート法、スプレーコート法等が挙げられる。
第1の成膜工程410は、メタルマスク、樹脂マスク、メタルと樹脂の複合マスクを用いた印刷法を用いてもよい。メタルマスクを使用した印刷法の一例を図19を用いて説明する。図19(b)に示すように、導電性樹脂5が通過できるメタルマスク開口部(図示省略)が設けられたメタルマスク600を用意し、図19(a)に示す基板の第1の樹脂6上にメタルマスク600を設置する。次にメタルマスクの上に導電性樹脂5を載せる。次にスキージ602を前記メタルマスク600の表面とほぼ並行に移動させ、前記メタルマスク600の開口部から導電性樹脂5を前記基板の表面に供給する。その結果、図19(c)に示すように、図19(a)に示す基板の表面に導電性樹脂5が形成される。
また、第1の樹脂形成工程410は、スピンコート法を用いてもよい。
スピンコート法とは平滑な基板を高速回転させる事により遠心力で導電性樹脂を広げ、基板上に導電性樹脂を形成する方法である。スピンコート法の一例を図20を用いて説明する。まず、図20(b)に示すように、図20(a)に示す基板を回転テーブル604に固定する。次に図20(a)に示す基板の表面にノズル603を使って導電性樹脂5を設置する。次に図20(a)に示す基板を回転テーブル604を高速回転させる事により遠心力で導電性樹脂5を広げる。その結果、図20(c)に示すように、図20(a)に示す基板上に導電性樹脂5が形成される。
スピンコート法とは平滑な基板を高速回転させる事により遠心力で導電性樹脂を広げ、基板上に導電性樹脂を形成する方法である。スピンコート法の一例を図20を用いて説明する。まず、図20(b)に示すように、図20(a)に示す基板を回転テーブル604に固定する。次に図20(a)に示す基板の表面にノズル603を使って導電性樹脂5を設置する。次に図20(a)に示す基板を回転テーブル604を高速回転させる事により遠心力で導電性樹脂5を広げる。その結果、図20(c)に示すように、図20(a)に示す基板上に導電性樹脂5が形成される。
また、工程410は、スプレーコート法を用いてもよい。スプレーコート法とは、圧縮した空気や高圧ガスを用いて導電性樹脂を霧、泡などの状態で噴霧し、基板上に導電性樹脂を形成する方法のことである。
さらに本方法では、所定の位置に切削刃490を設置する設置工程430と、切削刃490によって導電性樹脂および第1の樹脂を切削して平坦化する切削工程440とを含む。これらの工程については、以下の本発明の各実施形態について説明する。
図21は、本発明の各実施形態に利用する第1の樹脂の各種樹脂の物性値を示す表である。図21は、第1の樹脂460(他の符号が付された「第1の樹脂」も同様)として用いることのできる素材の代表として、フェノール樹脂を含んでいる。尚、ポリイミド樹脂は、フェノール樹脂の比較例である。
切削刃490で切削する時、切削される材料が切削刃490に抵抗感を受け、よって切削刃490が磨耗する原因は、第1に、切削される材料の硬度があり、第2に、材料の粘り(すなわち弾性伸びの大きさ)、がある。切削刃490が粘りのある材料を切削すると、切削刃490は、切れていない材料を引きずってしまうためである。
また、フェノール樹脂はポリマー構成に必要な官能アルキル基、水酸基などのネットワーク形成基が一般に多く、ポリイミドのイミド基などのネットワーク形成基に比べて、密な三次元構造をとる。そのため、弾性率は比較的高く、硬度も高く、塑性変形(クレーズ変形)範囲が小さい。特にフェノール樹脂は環状構造が主体のため、切削刃に切削対象物が付着して加工性能が劣化するなどの問題が生じず、切削加工しやすい。
既に述べたように、第1の樹脂460は、フェノール樹脂のほか、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂またはユリア樹脂を主成分としてもよい。切削刃による切削は切削時の局部発熱で塑性変形を起こさない、熱硬化樹脂が望ましいからである。また、切削刃の切れ味を良くするためには、第1の樹脂460は、適度な弾性率を持ち、限界応力に対する歪みが小さく強度が比較的低い樹脂が良好と考えられるからである。
図22は、第1の樹脂460としては適さない樹脂(ポリイミド樹脂等)に生じるクレーズ(Craze)の例を示す模式図である。クレーズとは、2次元絡み合い原子鎖の2次元鎖が整列し、切れ難くなる状態を言う。図22に示すように、プラスチックの袋を開封しようとするときに力Fを加えると、有機物バルク部492と、伸びて白濁する部分がクレーズ494とに別れ、非常に強く抵抗する現象である。白濁して見えるクレーズ494は、微小繊維であるフィブリル(fibril)496と、空隙部分であるヴォイド(void)498とを含む。
図23は各種樹脂の応力−歪み曲線を示すグラフである。第1の樹脂460としては、応力に対する歪みが数%以下の樹脂が好ましく、かかる樹脂はクレーズが生じにくい、切削刃への絡み付きが少ない材料である。図23(b)に示すように、上述のフェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂またはユリア樹脂はいずれも、かかる条件を満たしている。固く伸びが少ないπ型環状基を含有しているからである。
一方、図23(a)に示すように、ポリイミド樹脂は、応力に対する歪みが数十%にも及ぶ強度の高い樹脂であり、図22に示したクレーズを発生し易い。したがって第1の樹脂460の素材としては、切削刃490による切削性能を低下させるおそれがあるため、ポリイミド樹脂は不適当である。
ここでフェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂またはユリア樹脂を「主成分とする」という文言の定義を説明する。
フェノール樹脂には、フェノールとホルムアルデヒドを混合し、酸触媒で縮合重合し、高分子化したノボラック型と呼ばれる樹脂と、アルカリ触媒で縮合重合したレゾール型と呼ばれる樹脂とがある。前者はそのままでは熱可塑性であり、低分子状態では液体である。これにヘキサメチレンテトラミンなどを1〜20重量%硬化剤として混合すると、縮合重合し熱硬化樹脂となる。後者はそれ自体が自己反応性活性基を有するため、加熱されることで熱硬化する。
電子部品用途に関しては、熱硬化重合反応が制御しやすいノボラック型が主に使われている。本願で永久レジストと呼んでいるものはノボラック型であり、フォトレジストとして加工される場合、ノボラック型フェノール樹脂は100%がこの成分で占められている。フォトレジスト以外の、例えば塗布材料として用いられる場合には、様々な強度が強いマクロモノマー、例えばセルローズなどの充填剤や顔料(特に黒色顔料など)やフィラー(シリカガラス微粒子)などが添加物総量で0.1〜50重量%程度混入されることもある。
フェノール樹脂は、図23(a)の応力ひずみ曲線からも分かるように伸びが少なく、強度もそれほど高くないため、電子材料としてはもろい。多少強度を上げたいなどの要求に応じてエポキシ変性フェノール樹脂(変性をした部分すなわち、混合%に応じてエポキシの性質が強くなる)にしたり、耐熱性に劣ることからポリビニルアセタール変性フェノール樹脂にしたりすることができる。また、熱サイクル信頼性を向上させるためニトリルゴム変性フェノール樹脂にしたり、印刷性を高めるためロジン変性フェノール樹脂にしたりするなど、さまざまな性質改善のために変性が行われている。その変性樹脂の混合比は1%から50重量%のレベルで行われている。したがって本文では「フェノール樹脂を主成分とする」とは、フェノール樹脂50重量%以上であることと定義する。
メラミン樹脂はメラミンとホルムアルデヒドの縮合反応で得られるメチロールメラミンを重合縮合反応させ合成するが、窒素環状基を作るため、尿素樹脂より衝撃強度が強い。一般にはメチロールメラミンを繊維などに含浸させて、強化プラスティックを作るが、電子部品としてはセルローズ添加剤が5〜40重量%加えられて使われる。もちろん100%樹脂としての使用にも耐える。エポキシやユリア樹脂との変性加工は合成時にエポキシモノマーや尿素を適量加えることで自由に行える。また、混合することで中間的性質をもつ樹脂ができる。本文では「メラミン樹脂を主成分とする」とは、50重量%以上であることをここでは定義する。
不飽和ポリエステル樹脂は無水マレイン酸、イソフタル酸系などの不飽和ポリエステルとエチレングリコールなどの多価アルコールの縮合重合で作られる熱硬化性の樹脂であり、無水マレイン酸もスチレンも環状基のため、機械的強度が強いことが特徴である。したがって100%樹脂も使用できる。特に繊維に含浸させる強化プラスチックとしての用途に優れている。各種のエステル化合物で無数の種類が作れるが、異種樹脂による変性樹脂として表面の平滑性を保つため、合成時ペンタジエンなどを混ぜた変性や、相溶性のあるアクリルウレタンなど混ぜ透明性や光による黄変防止の変性などが考えられている。一般的に合成時に混ぜて作る反応基としてフェノール、エポキシ、ウレタンがあり、自由な配合ができるが、本文では「不飽和ポリエステル樹脂を主成分とする」とは、50重量%以上であることと定義する。
ユリア樹脂(尿素樹脂)は尿素とホルムアルデヒドを縮合反応させ合成されるもので、環状化合物をもたない直鎖のネットワークのため、破壊靱性が落ちる。そのため、100%樹脂を使用することは少なく、破壊靱性を増すために環状化合物であるビスフェノールA骨格を持つグリシン化合物0.5〜30重量%を合成時に入れて変性することなどが考えられている。また充填剤としてセルローズがよく用いられ、5〜40重量%入れることで機械的性質を調整できる。メラミン樹脂やフェノール樹脂との整合性もよく、反応時にメラミンやフェノールを加えることで、お互いの性質の中間的な性質が生まれる。本文では「ユリア樹脂を主成分とする」とは、50重量%以上であることと定義する。
図24は、切削後の樹脂と導電性樹脂を断面から見た模式図である。図24(a)は第1の樹脂460(フェノール樹脂等)と、導電性樹脂5とが交互に切削される場合を示している。一方図24(b)は、第1の樹脂460を仮にポリイミド樹脂461に変更した場合を示している。図24(a)の場合、切削は問題なく行われる。第1の樹脂460は、固くて伸びが少ない特性を有することから、切削される際、一緒に切断される隣接する導電性樹脂5との間に空隙を生じにくい。また、基板450からも第1の樹脂460は剥離しにくい。そのため配線を形成する導電性樹脂5の配線パターンが歪むことが防止されるという顕著な効果を有する。
しかし図24(b)のように、第1の樹脂460に代えてポリイミド樹脂461を使用すると、その強度の高さゆえに、切削刃に押されてポリイミド樹脂461が歪み、先行して切削される導電性樹脂5(左側)との間に空隙463を生じてしまうし、基板450からの剥離467も生じてしまう。また、ポリイミド樹脂461が歪むと、その後続の切削対象である導電性樹脂5(右側)をも歪ませてしまい、導電性樹脂5の基板450からの剥離469も生じてしまう。
上記の空隙及び剥離が発生すると、配線・樹脂パターンが歪んでしまうおそれがある。すなわち、導電性樹脂の脱落、樹脂の脱落、内部ボイド等が発生しやすく、配線の断線、配線のショートが発生する可能性がある。特に配線密度の高い配線の場合、図24(a)のように切削しやすい第1の樹脂460を使用することが重要である。
(本発明によって切削性能が向上する理由:パッシベーション膜)
基板450は、少なくともその表面の一部にパッシベーション膜444を有し、パッシベーション膜444が第1の樹脂460と接している。パッシベーション膜444と第1の樹脂460とが接することによって第1の樹脂460の密着性(接着力)が向上し、切削性能がより向上する。
基板450は、少なくともその表面の一部にパッシベーション膜444を有し、パッシベーション膜444が第1の樹脂460と接している。パッシベーション膜444と第1の樹脂460とが接することによって第1の樹脂460の密着性(接着力)が向上し、切削性能がより向上する。
本実施形態のパッシベーション膜444は、ポリイミド樹脂を主成分としている。パッシベーション膜444に接する第1の樹脂460として用いられるフェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂のいずれかは、ポリイミド樹脂に接着する感光性樹脂であり、接着力が強く、切削しやすい性能を有する。これは、上記の第1の樹脂460の材料が、パッシベーション膜444の材料であるポリイミド樹脂の反応基である、カルボキシル基やイミド基と反応性のあるカルボキシル基、水酸基、イミド基を比較的多く含み、主鎖や副鎖にちりばめられているからである。
(第2の実施形態:第1の樹脂の断面が正テーパ形状)
図25は本発明によるウエハレベルパッケージ製造方法の第2の実施形態を示す図であり、図18(f)に示した第1の樹脂452Aに対して、第1の成膜工程410および設置工程430を施したものである。図26は、前記設置工程430の後、切削工程440を施したものであり、図25においてウエハレベルパッケージ製造方法が完了した結果得られる、ウエハレベルパッケージの中間体を示す図である。
図25は本発明によるウエハレベルパッケージ製造方法の第2の実施形態を示す図であり、図18(f)に示した第1の樹脂452Aに対して、第1の成膜工程410および設置工程430を施したものである。図26は、前記設置工程430の後、切削工程440を施したものであり、図25においてウエハレベルパッケージ製造方法が完了した結果得られる、ウエハレベルパッケージの中間体を示す図である。
本実施形態では、図17の樹脂形成工程400において、溝454に隣接する第1の樹脂452Aの断面を、正テーパ形状すなわち上底が下底より短い台形としている。
図25のような正テーパ形状の断面を有する第1の樹脂452Aを形成するには、一例として、図18(a)の第1の樹脂452に対して図18(b)に示すモールド型200をテーパ形状にすると可能となる。モールド型200をテーパ形状にすることにより、樹脂成型工程でのモールド型の離型性が前述の長方形断面の樹脂6と比較して極めて良くなり、またモールド型200の凹部に樹脂6が充填し易くなる。
第1の樹脂452Aの断面は、上底が短く下底が長い台形である。したがって第1の樹脂452Aの側面は裾広がりの傾斜面となっている。かかる場合、第1の金属470の溝454の側面における成膜厚さは、長方形断面を有する第1の樹脂460(図9)に比較すると、厚くなる。
正テーパに形成することによって、第1の樹脂の溝に導電性樹脂が充填しやすくなる。
(第3の実施形態:ファンアウト用WLP基板)
図27は本発明によるウエハレベルパッケージ製造方法の第3の実施形態を示す図であり、本実施形態で用いる基板の平面図である。図28は図27の断面図である。図28(a)は図27のX−X断面図であり、図28(b)は図28(a)の領域C拡大図である。本実施形態では、第1〜第2の実施形態と異なり、単なる半導体基板450(シリコンウエハ)でなく、ファンアウト用WLP基板520に対して、図17に示したウエハレベルパッケージ製造方法を適用している。
図27は本発明によるウエハレベルパッケージ製造方法の第3の実施形態を示す図であり、本実施形態で用いる基板の平面図である。図28は図27の断面図である。図28(a)は図27のX−X断面図であり、図28(b)は図28(a)の領域C拡大図である。本実施形態では、第1〜第2の実施形態と異なり、単なる半導体基板450(シリコンウエハ)でなく、ファンアウト用WLP基板520に対して、図17に示したウエハレベルパッケージ製造方法を適用している。
図28(a)及び(b)に示すように、ファンアウト用WLP基板520は、回路(図示省略)及び回路へ信号を入出力する内部端子電極522、523を含む半導体チップ524と、半導体チップ524の少なくとも側面を覆う絶縁性の第2の樹脂526(封止樹脂)とを含む。内部端子電極522、523はアルミニウムパッドとしてよい。
半導体チップ524の表面には、内部端子電極522、523以外の領域にパッシベーション膜528が設けられていて、内部端子電極522、523は露出している。パッシベーション膜528は、ポリイミド樹脂、窒化シリコン、酸化シリコン等としてよい。
図29は図27のファンアウト用WLP基板520の製造工程を例示する図である。まず、図29(a)に示すように、表面に、内部端子電極とパッシベーション膜とが設けられた半導体ウエハ530から、砥石531を用いてチップをダイシングし、個片化する。
次に図29(b)に示すように、個片化した半導体チップ524の内部端子電極522、523の側を、他のチップとともに、チップ固定テープ532にフェースダウンとして配列する。チップ固定テープ532は、積層された基材534および接着層536から成り、接着層536によって半導体チップ524を固定する。
次に図29(c)に示すように、絶縁性の第2の樹脂526によって半導体チップ524を封止し、図29(d)に示すように、チップ固定テープ532を剥がす。これによって図27、図28に示すファンアウト用WLP基板520が完成する。
図30は、図27のファンアウト用WLP基板520に対して図17に示したウエハレベルパッケージ製造方法を適用して製造した、ウエハレベルパッケージの完成体の一部分を例示する図である。溝に成膜された導電性樹脂480は、内部端子電極522、523と、半導体チップ524の領域外の第2の樹脂526にファンアウトとして設けられた外部端子電極(例えば半田ボール)540、550とを接続する配線層を形成している。外部端子電極540、550の周囲には、絶縁性のソルダレジスト560が成膜されている。
以上のように、本発明のすベての実施形態において「基板」とは、半導体基板に限られず、ガラス基板や他の素材(有機物、無機物)の基板も含む。一方、「半導体基板」とは、シリコンウエハの場合もあれば、第3の実施形態のように、ファンアウトWLP用基板の場合もある。
本発明は、例えば、ウエハレベルパッケージ製造方法に利用することができる。
1 基板
2 チップ取り出し電極(内部端子電極)
3 パッシベーション膜
5 アルミニュウム配線
6 配線層を形成する溝を作るための樹脂
7 バリア金属配線
8 銅配線
9 半田ボール
10 シリコンウエハ
11 保護絶縁膜
21 配線層(第1の配線層)
22 配線層(第2の配線層)
22s 配線層の側面
200 モールド型
201、201A 溝
202 酸素ドライエッチング
203 マスク開口部
204 残膜
300 マスク
301 マスク開口部
400…樹脂形成工程
401…酸素ドライエッチング工程
410…第1の成膜工程
430…設置工程
440…切削工程
442、522、523…内部端子電極
444、528…パッシベーション膜
450…基板
452、452A、460、465、500…第1の樹脂
461…ポリイミド樹脂
454、462、502…溝
470…第1の金属
480…第2の金属
490…切削刃(バイト)
492…有機物バルク部
494…クレーズ
496…フィブリル
498…ヴォイド
510…メタルマスク
512…開口部
520…ファンアウト用WLP基板
524…半導体チップ
526…第2の樹脂
530…半導体ウエハ
532…チップ固定テープ
540、550…外部端子電極
560…ソルダレジスト
600…メタルマスク
602…スキージ
603…ノズル
604…回転テーブル
2 チップ取り出し電極(内部端子電極)
3 パッシベーション膜
5 アルミニュウム配線
6 配線層を形成する溝を作るための樹脂
7 バリア金属配線
8 銅配線
9 半田ボール
10 シリコンウエハ
11 保護絶縁膜
21 配線層(第1の配線層)
22 配線層(第2の配線層)
22s 配線層の側面
200 モールド型
201、201A 溝
202 酸素ドライエッチング
203 マスク開口部
204 残膜
300 マスク
301 マスク開口部
400…樹脂形成工程
401…酸素ドライエッチング工程
410…第1の成膜工程
430…設置工程
440…切削工程
442、522、523…内部端子電極
444、528…パッシベーション膜
450…基板
452、452A、460、465、500…第1の樹脂
461…ポリイミド樹脂
454、462、502…溝
470…第1の金属
480…第2の金属
490…切削刃(バイト)
492…有機物バルク部
494…クレーズ
496…フィブリル
498…ヴォイド
510…メタルマスク
512…開口部
520…ファンアウト用WLP基板
524…半導体チップ
526…第2の樹脂
530…半導体ウエハ
532…チップ固定テープ
540、550…外部端子電極
560…ソルダレジスト
600…メタルマスク
602…スキージ
603…ノズル
604…回転テーブル
Claims (18)
- 基板の表面に、配線が形成される溝を含む絶縁性の第1の樹脂をモールドでプレスし固めることにより形成する樹脂形成工程と、
前記第1の樹脂を酸素ドライエッチングでエッチングし基板の表面の一部を露出させる酸素ドライエッチング工程と、
前記第1の樹脂の表面と前記溝に、前記配線の一部となる導電性樹脂を形成する成膜工程と、
第1の樹脂の上面から下面の間の高さの範囲に切削刃を設置する設置工程と、
前記切削刃を走査することにより、少なくとも前記第1の樹脂を切削する切削工程と、
を含む、ことを特徴とするウエハレベルパッケージの製造方法。 - 前記第1の樹脂は、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、またはユリア樹脂を主成分とする、ことを特徴とする請求項1に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
- 前記基板は、少なくともその表面の一部にパッシベーション膜を有し、該パッシベーション膜が前記第1の樹脂と接する、ことを特徴とする請求項1乃至2のいずれか一項に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
- 前記パッシベーション膜は、ポリイミド樹脂を主成分とする、ことを特徴とする請求項3に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
- 前記導電性樹脂を形成する工程は、メタルマスク、樹脂マスク、メタルと樹脂の複合マスクを用いた印刷法によって行う、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
- 前記導電性樹脂を形成する工程は、スピンコート法によって行う、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
- 前記導電性樹脂を形成する工程は、スプレーコート法によって行う、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
- 前記導電性樹脂は、銀ペーストを使用することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
- 前記導電性樹脂は、銅ペーストを使用することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
- 前記導電性樹脂は、ニッケルペーストを使用することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
- 前記導電性樹脂は、アルミペーストを使用することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
- 前記導電性樹脂は、半田ペーストを使用することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
- 前記導電性樹脂は、導電性ポリマーを使用することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
- 前記導電性樹脂は、ITOペーストを使用することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
- 前記樹脂形成工程では、前記溝に隣接する前記第1の樹脂の断面を、前記基板の表面を基準として長方形または正テーパに形成する、ことを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
- 前記樹脂形成工程では、前記溝に隣接する前記第1の樹脂の断面を、前記基板の表面を基準として逆テーパに形成する、ことを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
- 前記基板は、回路及び該回路へ信号を入出力する内部端子電極を含む半導体基板であり、
前記溝に成膜された導電性樹脂は、前記内部端子電極と、前記半導体基板のチップに相当する領域内にファンインとして設けられた外部端子電極と、を接続する配線層を形成する、ことを特徴とする請求項1乃至16のいずれか一項に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。 - 前記基板は、回路及び該回路へ信号を入出力する内部端子電極を含む半導体チップと、
該半導体チップの少なくとも側面を覆う絶縁性の第2の樹脂と、を含み、前記溝に成膜された前記導電性樹脂は、前記内部端子電極と、前記半導体チップの領域外の第2の樹脂にファンアウトとして設けられた外部端子電極と、を接続する配線層を形成する、ことを特徴とする請求項1乃至16のいずれか一項に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
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