JP3386029B2 - フリップチップ型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

フリップチップ型半導体装置及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は実装した半導体装置
を再度取り外して再実装することを可能にするリペアラ
ブルでかつ実装信頼性に優れ、製造コストの安価なフリ
ップチップ型半導体装置とその製造方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来のフリップチップ型半導体装置（以
下、半導体装置と略称する）は、半導体チップの周辺部
もしくは活性領域の表面上に所定の配列で形成されてい
る外部電極上に、半田、Ａｕ、Ｓｎ−Ａｇ系合金等の金
属性材料により突起状のバンプが形成されている。そし
て、この半導体装置は、前記半導体装置のバンプ配列パ
ターンと同一パターンで形成されている電極パッドを有
する多層配線基板に実装される。この実装においては、
通常バンプ材料が半田を用いている場合はフラックスを
使用した赤外線リフロー工程が用いられるのが通常であ
る。しかしながら、半導体装置を多層配線基板に実装し
た後、多層配線基板と半導体装置の線膨張係数のミスマ
ッチにより、実装信頼性のうち特に温度サイクル特性が
劣るという問題点が存在した。
【０００３】このような温度サイクル特性を改善するた
めには、例えば、多層配線基板の線膨張係数をシリコン
の線膨張係数に近づけるために材料としては高価である
ＡＬＮ、ムライド、ガラセラ等のセラッミック系の材料
を用いて線膨張係数のミスマッチを最小源にして実装信
頼性を向上させるという試みがなされてきた。この試み
は、実装信頼性向上という観点では効果があったもの
の、多層配線基板の材料が高価なセラミック系材料を使
用していた為、一般的にはスーパーコンピューターや、
大型コンピューターの適用用途に限定されて使用されて
きた。
【０００４】これに対して、近年価格の比較的安価で、
かつ線膨張係数係数の大きい有機系材料を使用した多層
配線基板を用いることで、実装信頼性を向上できる技術
として、半導体チップと有機系材料を使用した多層配線
基板間にアンダーフィル樹脂を配置させる技術が盛んに
なってきている。アンダーフィル樹脂を半導体チップと
有機系材料を使用した多層配線基板間に配置させること
により、半導体チップと有機系材料を使用した多層配線
基板間に存在するバンプ接続部分に働くせん断応力を分
散させ、実装信頼性を向上させるという技術である。
【０００５】しかしながら、アンダーフィル樹脂を半導
体チップと有機系材料を使用した多層配線基板間に介在
させることにより価格が安価な有機系材料を使用した多
層配線基板を使用することが可能となるが、アンダーフ
ィル樹脂内にボイドが存在した場合や、アンダーフィル
樹脂と半導体チップの界面及びアンダーフィル樹脂と有
機系材料を使用した多層配線基板界面の接着特性が悪い
場合には、製品の吸湿リフロー工程で前記界面剥離現象
が誘発して、製品を不良としてしまうという問題が生
じ、いちがいに低コスト化が推進できるというものでは
なかった。
【０００６】ところで、フリップチップ型半導体チップ
は製品自体が高価なものである。そのため、前記したよ
うに温度サイクル特性を改善した状態での実装は可能と
されてはいるが、多層配線基板に半導体チップを実装し
たあとの電気選別工程で、半導体チップ以外の部分で不
良となった場合には、良品の半導体チップをリペアーす
る必要性が発生してくる。しかしながら、半導体チップ
と有機系材料を使用した多層配線基板間にアンダーフィ
ル樹脂を介在してしまった場合のリペアーは、ほぼ不可
能である。この場合、有機系材料を使用した多層配線基
板を含めた周辺のデバイスも含めて不良になってしま
う。
【０００７】これに対し、セラミック系多層配線基板を
用いた際には、セラミック系材料の線膨張係数係数を最
適化することにより、アンダーフィル樹脂の必要性がな
くなるので、良品の半導体チップのリペアー工程は比較
的容易となる。このリペアー工程では、図９（ａ）に示
すように、実装基板１１０上に半田バンプ１０２により
実装されている半導体チップ１０１をリペアーする場合
に、図９（ｂ）に示すように、半導体チップ１０１の裏
面に吸着加熱ツール１２０を接触させ、当該吸着加熱ツ
ール１２０によって半導体チップ１０１を真空吸着する
とともに、吸着加熱ツール１２０に内蔵されているヒー
タ１２１によって半導体チップ１０１を加熱して半田バ
ンプ１０２の接合部を溶融させ、かつ半導体チップ１０
１を引き上げることにより、図９（ｃ）のように、良品
の半導体チップ１０１を実装基板１１０から取り外すこ
とが可能である。
【０００８】しかしながら、このような半導体チップの
リペアー工程では、高温まで加熱して引き上げる際に機
械的な力でバンプを多層配線基板から剥離しているた
め、その剥離の際の力によって取り外し後の半導体チッ
プの半田バンプまたは半田バンプと半導体チップとのバ
リアメタル接合部、及び半導体チップの活性領域を保護
する目的で形成されているポリイミド系有機材料または
酸化シリコン等の無機系材料で構成されているパッシベ
ーション膜にダメージを与えてしまい、さらには半導体
チップ自体にダメージを与えてしまい、良品半導体チッ
プを不良としてしまうことがあった。
【０００９】このような問題に対し、例えば、特開平１
０−１３５２７０号公報に記載のように、半導体チップ
の半田バンプを形成する領域の表面にパッシベーション
層を形成した後、このパッシベーション層上に絶縁層を
形成し、その絶縁層の表面上に外部電極を形成し、さら
に半田バンプを形成する。その上で、半田バンプを除く
領域を覆うように、絶縁樹脂からなる保護層を形成する
構成が考えられる。この公報に記載の構成では、半田バ
ンプ及び外部電極と半導体チップとの間に介在される絶
縁層によって、半田バンプに加えられる力、例えば前記
したリペアー工程での半田バンプを剥離する力を緩和す
ることができるため、半導体チップに対する応力を緩和
してパッシベーション膜や半導体チップのダメージを低
減することが可能になる。なお、同様な技術は、特開平
１１−１２１５１８号公報にも記載されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報の技術では、外部電極等を保護するための樹脂等の保
護層を、前記した応力を緩和するための絶縁層の表面上
に形成している。前記絶縁層は前記したように半田バン
プに加わる力を緩和するためにある程度の柔軟性のある
材料が用いられるため、その表面上に形成される保護層
とは熱膨張係数の異なる材料が用いられることが多くな
る。そして、前記保護層は、塗布法により絶縁層上に形
成しているため、保護層と絶縁層との密着性は高くな
り、温度履歴を受けたときに両層間に熱応力が生じ、半
導体チップ、通常では半導体ウェハに反りが生じたり、
保護層にクラックが発生する等の問題が生じる。また、
前記した構成では、保護層を塗布形成した後に半田バン
プを形成する箇所を選択的にエッチングして開口する工
程が必要であり、製造工程が煩雑なものになり、コスト
高になるという問題がある。さらに、前記保護層の開口
は半田バンプの球面に近い形状に対応して断面がテーパ
状に形成することが好ましいが、前記した選択エッチン
グでは開口の断面は垂直な円筒状となり、テーパ状に形
成することは困難である。
【００１１】本発明の目的は、リペアラブルでかつ実装
信頼性に優れ、しかも前記した問題を解消することが可
能なフリップチップ型半導体装置とその製造方法を提供
するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明の半
導体装置は、所要の素子が形成された半導体基板と、前
記半導体基板の表面に形成されたパッシベーション層及
びパッド電極と、前記パッシベーション層及びパッド電
極上に形成された柔軟な樹脂からなる絶縁性樹脂層と、
前記絶縁性樹脂層の表面に形成され、一部に前記パッド
電極に電気接続された外部端子形成用ランド部を有する
再配線層と、前記絶縁性樹脂層及び前記再配線層上に接
着剤により貼り付けられ、前記外部端子形成用ランド部
に対応する箇所に貫通孔が開口された絶縁性シートと、
前記貫通孔内に形成されて前記外部端子形成用ランド部
に電気接続されるポスト電極と、前記ポスト電極の表面
に形成された半田バンプとを備えることを特徴とする。
【００１３】また、本発明の第２の発明の半導体装置
は、前記第１の発明の半導体装置において、前記絶縁性
樹脂層と前記絶縁性シートとの間に、柔軟な樹脂からな
る中間樹脂層が形成され、前記中間樹脂層に開口された
貫通穴には前記外部端子接続用ランド部と前記ポスト電
極とを電気接続するメッキポストが形成されていること
を特徴とする。
【００１４】さらに、本発明の第３の発明の半導体装置
は、所要の素子が形成された半導体基板と、前記半導体
基板の表面に形成されたパッシベーション層及びパッド
電極と、前記パッシベーション層及びパッド電極上に形
成された柔軟な樹脂からなる絶縁性樹脂層と、前記絶縁
性樹脂層の表面に形成され、一部に前記パッド電極に電
気接続された外部端子形成用ランド部を有する再配線層
と、前記絶縁性樹脂層及び前記再配線層上に接着剤によ
り貼り付けられ、前記絶縁性シートの前記外部端子形成
用ランド部に対応する箇所に貫通孔が開口された絶縁性
シートと、前記貫通孔内において前記外部端子形成用ラ
ンド部の表面に形成された半田バンプとを備えることを
特徴とする。
【００１５】本発明の第１の発明の半導体装置の製造方
法は、所要の素子が形成された半導体基板の表面にパッ
シベーション層とパッド電極とを形成する工程と、前記
パッシベーション層及びパッド電極上に柔軟な樹脂から
なる絶縁性樹脂層を形成する工程と、前記絶縁性樹脂層
の表面に前記パッド電極を露出する開口を形成する工程
と、前記絶縁性樹脂層の表面に前記パッド電極に電気接
続される外部端子形成用ランド部を含む再配線層を形成
する工程と、前記絶縁性樹脂層及び前記再配線層上に、
前記外部端子形成用ランド部に対応する箇所に貫通孔が
開口された絶縁性シートを接着剤により貼り付ける工程
と、前記絶縁性シートの前記貫通孔内に導電材料を埋設
して前記外部端子形成用ランド部に電気接続されるポス
ト電極を形成する工程と、前記ポスト電極の表面に半田
バンプを接続する工程とを備えることを特徴とする。
【００１６】本発明の第２の発明の半導体装置の製造方
法は、所要の素子が形成された半導体基板の表面にパッ
シベーション層とパッド電極とを形成する工程と、前記
パッシベーション層及びパッド電極上に柔軟な樹脂から
なる絶縁性樹脂層を形成する工程と、前記絶縁性樹脂層
の表面に前記パッド電極を露出する開口を形成する工程
と、前記絶縁性樹脂層の表面に前記パッド電極に電気接
続される外部端子形成用ランド部を含む再配線層を形成
する工程と、前記絶縁性樹脂層及び前記再配線層上に柔
軟な樹脂からなる中間樹脂層を形成する工程と、前記中
間樹脂層の前記外部端子形成用ランド部に対応する箇所
に貫通孔を開口する工程と、前記中間樹脂層の前記貫通
孔内に露出される前記外部端子形成用ランド部の表面上
にメッキ処理を施してメッキポストを形成する工程と、
前記メッキポストに対応する箇所に貫通孔が開口された
絶縁性シートを接着剤により貼り付ける工程と、前記絶
縁性シートの前記貫通孔内に導電材料を埋設して前記外
部端子形成用ランド部に電気接続されるポスト電極を形
成する工程と、前記ポスト電極の表面に半田バンプを接
続する工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】また、本発明の第１の発明の半導体装置の
他の製造方法は、所要の素子が形成された半導体基板の
表面にパッシベーション層とパッド電極とを形成する工
程と、前記パッシベーション層及びパッド電極上に柔軟
な樹脂からなる絶縁性樹脂層を形成する工程と、前記絶
縁性樹脂層の表面に前記パッド電極を露出する開口を形
成する工程と、前記絶縁性樹脂層の表面に前記パッド電
極に電気接続される外部端子形成用ランド部を含む再配
線層を形成する工程と、前記絶縁性樹脂層及び前記再配
線層上に絶縁性シートを接着剤により貼り付ける工程
と、前記絶縁性シートの前記外部端子形成用ランド部に
対応する箇所に貫通孔を開口する工程と、前記絶縁性シ
ートの前記貫通孔内に導電材料を埋設して前記外部端子
形成用ランド部に電気接続されるポスト電極を形成する
工程と、前記ポスト電極の表面に半田バンプを接続する
工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】本発明の第３の発明の半導体装置の製造方
法は、所要の素子が形成された半導体基板の表面にパッ
シベーション層とパッド電極とを形成する工程と、前記
パッシベーション層及びパッド電極上に柔軟な樹脂から
なる絶縁性樹脂層を形成する工程と、前記絶縁性樹脂層
の表面に前記パッド電極を露出する開口を形成する工程
と、前記絶縁性樹脂層の表面に前記パッド電極に電気接
続される外部端子形成用ランド部を含む再配線層を形成
する工程と、前記絶縁性樹脂層及び前記再配線層上に、
前記外部端子形成用ランド部に対応する箇所に貫通孔が
開口された絶縁性シートを接着剤により貼り付ける工程
と、前記絶縁性シートの前記貫通孔内に露出される前記
外部端子形成用ランド部の表面に半田バンプを接続する
工程とを備えることを特徴とする。
【００１９】本発明の第１ないし第３の発明の半導体装
置によれば、半導体チップのパッシベーション層の表面
上に応力緩衝層として機能する絶縁性樹脂層が形成され
ており、その上に外部端子形成用ランド部が配置されて
ここに半田バンプが形成されているため、リペアー時に
発生する熱、及び半田バンプにおいて生じる機械的応力
から半導体チップの表面上のパッシベーション層、及び
前記パッシベーション層下の素子の活性領域のさらなる
保護が可能となり、リペアラブルなフリップチップ型半
導体装置を提供することが可能となる。また、パッド電
極上を保護するための保護層として、絶縁性シートを半
導体ウェハの表面上に接着層を用いて貼り付けて形成し
ているので、絶縁性シートと直下の絶縁性樹脂層とは接
着剤を介して接した状態にあり、温度履歴を受けた場合
でも両層間に熱応力が生じることはなく、従来のような
半導体ウェハの反りや、保護層のクラックの発生が防止
できる。
【００２０】また、本発明の製造方法によれば、前記絶
縁性シートには、予め外部端子形成用ランド部に対応し
て貫通孔を設けておくことにより、絶縁性シートを半導
体ウェハの表面上に貼り付けた後にエッチングして開口
する工程が不要になり、半導体ウェハに対する製造工程
が低減でき、低コスト化を図る上で有利になる。また、
絶縁性シートを貼り付けた後に貫通孔を開口する場合で
も、レーザを利用して貫通孔を開口することが可能であ
り、エッチング法に比較して製造が容易になる。さら
に、樹脂シートの貫通孔を開口する際にレーザを利用す
ることで、貫通孔の断面形状を半田バンプの球面に近い
テーパ状に形成することが容易であり、球状に近い形状
の半田バンプを形成する上でも有利なものになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。本発明の第１の実施の形態を図１〜
図４を参照して説明する。先ず、図１（ａ）のように、
半導体ウェハ１の表面には、外部端子電極としてＡｌあ
るいはＣｕ等の材料により構成されているパッド電極２
が個片チップ単位のチップ外周部に設けられている。ま
た、前記パッド電極２の外周部及び当該個片チップの活
性領域の前記半導体ウェハ１の表面上にはＳｉＯ2 等の
無機系材料か、あるいはポリイミド樹脂等の有機系材料
により構成されているパッシベーション層３が形成され
ている。次いで、図１（ｂ）のように、前記半導体ウエ
ハ１の前記パッド電極２及びパッシベーション層３が形
成されている表面上にポリイミド等の有機系材料から構
成されている絶縁性樹脂層４を形成する。この際、前記
絶縁性樹脂層４は、熱分解温度が２００℃以上の樹脂を
用いる。また、前記絶縁性樹脂層４に熱硬化成分の材料
が配合されている場合は、樹脂成分の架橋反応を促進さ
せ所定の物性値を得るために所定の温度で加熱処理を実
施することとする。
【００２２】次に、図１（ｃ）のように、前記絶縁性樹
脂層４の表面上にフォトレジスト層５を形成し、かつ当
該フォトレジスト層５に対して露光・現像処理を行って
フォトレジスト層５のパターニング処理を施す。その
後、図１（ｄ）のように、パターニング処理された前記
フォトレジスト層５をマスクにして前記絶縁性樹脂層４
をエッチング法等によりパターニング処理を施し、前記
パッド電極２上に絶縁性樹脂層４の開口部４ａを設け
る。その後、前記フォトレジスト層５は剥離する。この
際、前記絶縁性樹脂層４が感光性の材料で構成されてい
る場合は、前記フォトレジスト層５を形成する必要は無
く、前記絶縁性樹脂層４に対して直接、露光・現像処理
を施して前記絶縁性樹脂層４のパターニング処理を実施
しても良い。
【００２３】次に、図２（ａ）のように、前記半導体ウ
ェハ１の表面の全面、すなわち前記パッド電極２及び絶
縁性樹脂層４の表面上に後述する再配線層の下地金属薄
膜層として、パッド電極材料との密着性及び金属相互拡
散がおだやかで、かつ絶縁性樹脂層との密着特性が良好
なＴｉ系合金あるいはＣｒ等の金属材料から構成されて
いるパッド電極接着メタル層６をスパッタリング法等に
より形成する。この際、パッド電極２の材料とパッド電
極接着メタル層６との接着特性をより良好にするため
に、前記パッド電極接着メタル層６を形成する前に、プ
ラズマ表面処理技術を使用してパッド電極２の表面の清
浄性確保、及び活性度合いの向上を図っても良い。そし
て、図２（ｂ）のように、前記パッド電極接着メタル層
６上に再配線形成時のメッキ給電層の機能を果たす事の
できる低電気抵抗特性を有することを特徴とするＣｕ等
の金属材料から構成されているメッキ給電層メタル層７
をスパッタリング法等により形成する。
【００２４】その後、再配線層を電解メッキ処理にて形
成するため、前記メッキ給電層メタル層７上にフォトレ
ジスト層８をコーティングにより形成し、しかる上で、
図２（ｃ）のように、所定の再配線パターン部だけ前記
メッキ給電層メタル層７が露出するように露光・現像工
程を施し、前記フォトレジスト層８のパターニング処理
を施す。次いで、図２（ｄ）のように、前記メッキ給電
層メタル層７の露出した表面上に、電解Ｃｕメッキ処理
にて再配線層９を形成する。この際、前記再配線層９に
は、その一部に外部端子形成用ランド部１０が形成され
ることになる。
【００２５】その後、図３（ａ）のように、前記フォト
レジスト層８を除去し、前記再配線層９及び前記メッキ
給電層メタル層７を露出させる。続いて、図３（ｂ）及
び（ｃ）のように、前記再配線層９をマスクにして、前
記メッキ給電層メタル層７及び前記パッド電極接着メタ
ル層６をウエットエッチング法等により除去し再配線パ
ターン部を電気的に独立させる。しかる上で、図３
（ｄ）のように、前記再配線層９に形成されている外部
端子形成用ランド部１０と同一のパターンの貫通孔１１
ａを予め設けている樹脂等からなる絶縁性シート１１を
前記半導体ウェハ１の表面上に接着層１２を用いて貼り
付ける。なお、実際には接着層１２にも貫通孔１１ａに
対応した貫通孔が開口されているが、説明を簡略するた
めに以降の説明では接着層１２の貫通孔を含めて貫通孔
１１ａと称している。このとき、前記貫通孔１１ａと外
部端子形成用ランド部１０を位置合わせすることで、前
記外部端子形成用ランド部１０は貫通孔１１ａ内で露出
した構造となる。なお、前記絶縁性シート１１の位置合
わせは、例えば、図示は省略するが、絶縁性シート１１
に位置合わせ用のマークを設けておき、この位置合わせ
用マークを半導体ウェハ１の該当する箇所に対して位置
合わせすることで、容易に行うことが可能である。
【００２６】その後、図４（ａ）のように、前記絶縁性
シート１１の貫通孔１１ａに半田ペーストを埋め込み、
ポスト電極１３を形成する。この半田ペーストの埋め込
みは、例えばスクイズ法によって行うことが可能であ
る。その上で、図４（ｂ）のように、前記ポスト電極１
３の表面上にボール（球）状の半田、すなわち半田バン
プ１４を搭載し、加熱処理を施してポスト電極１３との
一体化を行うことで外部端子としての半田バンプ１４を
形成する。なお、前記半田バンプ１４の形成法として
は、前記した半田ボール搭載法以外にも、半田ペースト
印刷法を用いても良い。その後、図４（ｃ）のように、
前記半導体ウエハ１をダイシングブレードによって切断
し、半導体チップとしての個片化処理を施すことで、本
発明の半導体チップ１Ａが完成される。
【００２７】このようにして製造されるフリップチップ
型の半導体装置においては、図９において説明したよう
に、半導体チップを実装基板に実装した後、良品半導体
チップを実装基板から取り外してリペアーを行った場合
においても、半導体チップ１Ａのパッシベーション層３
の表面上に応力緩衝層として機能する絶縁性樹脂層４が
形成されており、その上に外部端子形成用ランド部１０
が配置されてここに半田バンプ１４が形成されているた
め、リペアー時に発生する熱、及び半田バンプ１４にお
いて生じる機械的応力から半導体チップ１Ａの表面上の
パッシベーション層３、及び前記パッシベーション層３
下の素子の活性領域面のさらなる保護が可能となり、リ
ペアラブルなフリップチップ型半導体装置を提供するこ
とが可能となる。
【００２８】また、この半導体装置では、パッド電極２
や外部端子形成用ランド部１０を有する再配線層９を保
護するための保護層として、絶縁性シート１１を半導体
ウェハ１の表面上に接着層１２を用いて貼り付けること
により形成している。そのため、絶縁性シート１１と直
下の絶縁性樹脂層４とは接着剤１２を介して接した状態
にあり、温度履歴を受けた場合でも両層間に熱応力が生
じることはなく、従来のような半導体ウェハの反りや、
保護膜のクラックの発生が防止できる。さらに、前記絶
縁性シート１１には、予め外部端子形成用ランド部１０
に対応して貫通孔１１ａを設けているため、絶縁性シー
ト１１を半導体ウェハ１の表面上に貼り付けた後にエッ
チングして開口する工程が不要になり、半導体ウェハに
対する製造工程が低減でき、低コスト化を図る上で有利
になる。また、この場合、樹脂シート１１の貫通孔１１
ａは、例えば、レーザを利用して開口することが可能で
あるため、貫通孔１１ａの断面形状を半田バンプ１４の
球面に近いテーパ状に形成することが容易であり、球状
に近い形状の半田バンプ１４を形成する上でも有利なも
のになる。
【００２９】本発明の第２の実施形態を図５及び図６を
参照して説明する。先ず、前記第１の実施形態の図３
（ｄ）までの工程を行なう。すなわち、半導体ウェハ１
の表面上に再配線層９を形成した後、前記再配線層９上
に１００μｍよりも薄く樹脂を塗布し、中間樹脂層１５
を形成する。この中間樹脂層１５は、半導体ウェハ１の
表面の保護を目的とするものではないため、柔軟な樹
脂、好ましくは前記絶縁性樹脂層４に近い柔軟性の樹脂
で形成する。そして、前記中間樹脂層１５の前記外部端
子形成用ランド部１０上に貫通孔１５ａを開口し、その
貫通孔１５ａ内に露呈された外部端子形成用ランド部１
０の表面にメッキ法によりメッキポスト１６を形成す
る。このメッキポスト１６は１００μｍ程度の高さであ
り、その上端部は前記中間樹脂層１５の表面からわずか
に突出され、あるいは中間樹脂層１５の表面と同一平面
とされている。
【００３０】しかる上で、図５（ｂ）のように、前記中
間樹脂層１５の表面上に、前記メッキポスト１６に対応
する箇所に貫通孔１１ａを予め形成した絶縁性シート１
１を接着層１２を用いて貼り付ける。このとき、前記貫
通孔１１ａを前記メッキポスト１６に対して位置合わせ
することは言うまでもなく、これにより前記貫通孔１１
ａ内にメッキポスト１６の先端が露出する構造となる。
次いで、図６（ａ）のように、スクリーン印刷法等を用
いて前記絶縁性シート１１の貫通孔１１ａ内に半田ペー
ストを充填し、ポスト電極１３を形成する。このポスト
電極１３の製造方法は第１の実施形態と同様である。そ
して、図６（ｂ）のように、前記絶縁性シート１１の表
面に露呈されている前記ポスト電極１３の表面上に半田
バンプ１４を搭載し、加熱リフローにより半田バンプ１
４をポスト電極１３に接続する。なお、半田バンプ１４
の形成法としては、半田ペースト印刷法等を用いても良
い。その後、図示は省略するが、第１の実施形態と同様
に、ダイシングブレード等を用い半導体ウエハー状態か
ら半導体チップ状態への個片化処理を施しフリップチッ
プ型半導体装置を得ることができる。
【００３１】この第２の実施形態の半導体装置において
も、第１の実施形態と同様に、半導体チップのパッシベ
ーション層の表面上に応力緩衝層として機能する絶縁性
樹脂層４が形成されており、その上に外部端子形成用ラ
ンド部１０が配置されているので、リペアー時に発生す
る熱、及び半田バンプ１４において生じる機械的応力か
ら半導体チップの表面上のパッシベーション層３、及び
前記パッシベーション層３下の活性領域面のさらなる保
護が可能となり、リペアラブルなフリップチップ型半導
体装置を提供することが可能となる。また、この半導体
装置では、パッド電極２を保護するための保護層とし
て、絶縁性シート１１を半導体ウェハ１の表面上の中間
樹脂層１５上に接着層１２を用いて貼り付けることによ
り形成している。そのため、絶縁性シート１１と直下の
中間樹脂層１５とは接着剤１２を介して接した状態にあ
り、温度履歴を受けた場合でも両層間に熱応力が生じる
ことはなく、従来のような半導体ウェハの反りや、保護
膜のクラックの発生が防止できる。なお、中間樹脂層１
５は、その下層の絶縁性樹脂層４と同程度に柔軟に樹脂
で構成されているため、これらの樹脂層間で熱応力が生
じることはない。また、この中間樹脂層１５を設けるこ
とで、前記接着層１２を薄くすることも可能になる。
【００３２】さらに、前記絶縁性シート１１には、予め
外部端子形成用ランド部１０に対応して貫通孔１１ａを
設けているため、絶縁性シート１１を半導体ウェハ１の
表面上に貼り付けた後にエッチングして貫通孔１１ａを
開口する工程が不要になり、半導体ウェハに対する製造
工程が低減でき、低コスト化を図る上で有利になる。ま
た、この場合、樹脂シート１１の貫通孔１１ａは、例え
ば、レーザを利用して開口することが可能であるため、
貫通孔１１ａの断面形状を半田バンプ１４の球面に近い
テーパ状に形成することが容易であり、球状に近い形状
の半田バンプ１４を形成する上でも有利なものになる。
なお、この第２の実施形態では、中間樹脂層１５に貫通
孔１５ａを設けてメッキポスト１６を形成しているが、
フォトレジスト等をパターン形成してメッキポスト１６
を選択的に形成した後に、中間樹脂層１５を塗布法等に
よって形成することも可能であり、このような製造方法
を採用すれば、中間樹脂層１５の貫通孔１５ａを開口す
るためのエッチング工程を省略することが可能になり、
この点で低コスト化を図ることが可能になる。
【００３３】本発明の第３の実施の形態を図７を参照し
て説明する。先ず、第１の実施形態の図３（ｃ）に示し
た工程までを行い、その上で図７（ａ）のように、半導
体ウェハ１の表面に絶縁性シート１１を接着層１２を用
いて貼り付ける。ただし、この実施形態では、前記絶縁
性シート１１には貫通孔は設けてはいない。しかる上
で、前記絶縁性シート１１の表面上にフォトレジスト層
１７を形成し、露光・現像工程により、図７（ｂ）のよ
うに、フォトレジスト層１７のパターニング処理を施
す。その後、図７（ｃ）のように、パターニング処理さ
れた前記フォトレジスト層１７をマスクにして前記絶縁
性シート１１をエッチング法等によりパターニング処理
を施し、絶縁性シート１１及び接着層１２に前記再配線
の外部端子形成用ランド部１０に対応する箇所に貫通孔
１１ａを形成する。この際、接着層１２の除去には、Ｃ
Ｏ2 レーザやＹＡＧレーザ等を使用してもよい。その
後、パターニング処理されたフォトレジスト層１７の剥
離処理を施し、第１の実施形態の図３（ｄ）と同じ構造
となる。その後の工程は第１の実施形態と同一である。
【００３４】したがって、この第３の実施形態の半導体
装置は、第１の実施形態と同様な作用効果が得られる。
ただし、この第３の実施形態では、絶縁性シート１１を
半導体ウェハ１に貼り付けた後に貫通孔１１ａを開口し
ているため、半導体ウェハに対する製造工程を削減する
ことは難しい。しかしながら、絶縁性シート１１への貫
通孔１１ａの開口は、前記したエッチング法とは別にレ
ーザを利用した開口方法を採用することが可能であるた
め、このレーザ法を用いたときには従来のようにエッチ
ング工程により保護層に貫通孔を開口する場合よりも製
造を容易に行うことが可能である。
【００３５】本発明の第４の実施の形態を図８を参照し
て説明する。先ず、第１の実施形態の図３（ｄ）に示し
た工程までを行い、その上で、図８（Ａ）のように、貫
通孔１１ａを設けた絶縁性シート１１を接着層１２を用
いて半導体ウェハ１の上面に貼り付ける。ここで、前記
絶縁性シート１１は薄く形成しており、また前記絶縁性
シート１１の貫通孔１１ａの開口径は前記外部端子形成
用ランド部１０のパターンと同一で、かつ前記各実施形
態の貫通孔の開口径よりも若干大きくしている。そし
て、前記貫通孔１１ａと外部端子形成用ランド部１０の
両者を位置合わせすることで貫通孔１１Ａから外部端子
形成用ランド部１０が露出する構造となる。しかる上
で、図８（ｂ）のように、前記貫通孔１１ａ内に露出し
た外部端子形成用ランド部１０に半田バンプ１４を搭載
する。その後、図８（ｃ）のように、加熱リフロー工程
を通過させることにより、外部端子形成用ランド部１０
上に半田バンプ１４が接続される。
【００３６】この第４の実施形態の半導体装置において
も、前記各実施形態と同様な作用効果を得ることができ
る。また、本実施形態では、半田バンプ１４の加熱リフ
ローの際に接着層１２が軟化膨張して半田バンプ接続部
に圧接することで、半田バンプ１４と外部端子形成用ラ
ンド部１０との接続部を被覆し、接続部を補強してその
破壊を防止することが可能になる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、半導体チ
ップのパッシベーション層の表面上に応力緩衝層として
機能する絶縁性樹脂層が形成されており、その上に外部
端子形成用ランド部が配置されてここに半田バンプが形
成されているため、リペアー時に発生する熱、及び半田
バンプにおいて生じる機械的応力から半導体チップの表
面上のパッシベーション層、及び前記パッシベーション
層下の活性領域面のさらなる保護が可能となり、リペア
ラブルなフリップチップ型半導体装置を提供することが
可能となる。また、この半導体装置では、電極パッド上
を保護するための保護層として、絶縁性シートを半導体
ウェハの表面上に接着層を用いて貼り付けて形成してい
るので、絶縁性シートと直下の樹脂層とは接着剤を介し
て接した状態にあり、温度履歴を受けた場合でも両層間
に熱応力が生じることはなく、従来のような半導体ウェ
ハの反りや、保護膜のクラックの発生が防止できる。な
お、前記絶縁性シートには、予め外部端子形成用ランド
に対応して貫通孔を設けておくことにより、絶縁性シー
トを半導体ウェハの表面上に貼り付けた後にエッチング
して開口する工程が不要になり、半導体ウェハに対する
製造工程が低減でき、低コスト化を図る上で有利にな
る。また、絶縁性シートを貼り付けた後に貫通孔を開口
する場合でも、レーザを利用して貫通孔を開口すること
が可能であり、エッチング法に比較して製造が容易にな
る。さらに、樹脂シートの貫通孔を開口する際にレーザ
を利用することで、貫通孔の断面形状を半田バンプの球
面に近いテーパ状に形成することが容易であり、球状に
近い形状の半田バンプを形成する上でも有利なものにな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造方
法を工程順に示す断面図のその１である。
【図２】本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造方
法を工程順に示す断面図のその２である。
【図３】本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造方
法を工程順に示す断面図のその３である。
【図４】本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造方
法を工程順に示す断面図のその４である。
【図５】本発明の第２の実施形態の半導体装置の製造方
法の工程一部を工程順に示す断面図のその１である。
【図６】本発明の第２の実施形態の半導体装置の製造方
法の工程一部を工程順に示す断面図のその２である。
【図７】本発明の第３の実施形態の半導体装置の製造方
法の工程一部を工程順に示す断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態の半導体装置の製造方
法の工程一部を工程順に示す断面図である。
【図９】フリップチップ型半導体装置のリペアーを説明
するための概念図である。
【符号の説明】
１ 半導体ウェハ ２ パッド電極 ３ パッシベーション層 ４ 絶縁性樹脂層 ５ フォトレジスト層 ６ パッド電極接着メタル層 ７ メッキ給電層メタル層 ８ フォトレジスト層 ９ 再配線層 １０ 外部端子形成用ランド部 １１ 絶縁性シート １１ａ 貫通孔 １２ 接着層 １３ ポスト電極 １４ 半田バンプ １５ 中間絶縁層 １６ メッキポスト １７ フォトレジスト層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/12 H01L 21/60

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所要の素子が形成された半導体基板と、
    前記半導体基板の表面に形成されたパッシベーション層
    及びパッド電極と、前記パッシベーション層及びパッド
    電極上に形成された柔軟な樹脂からなる絶縁性樹脂層
    と、前記絶縁性樹脂層の表面に形成され、一部に前記パ
    ッド電極に電気接続された外部端子形成用ランド部を有
    する再配線層と、前記絶縁性樹脂層及び前記再配線層上
    に接着剤により貼り付けられ、前記外部端子形成用ラン
    ド部に対応する箇所に貫通孔が開口された絶縁性シート
    と、前記貫通孔内に形成されて前記外部端子形成用ラン
    ド部に電気接続されるポスト電極と、前記ポスト電極の
    表面に形成された半田バンプとを備えることを特徴とす
    るフリップチップ型半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記絶縁性樹脂層と前記絶縁性シートと
    の間に、柔軟な樹脂からなる中間樹脂層が形成され、前
    記中間樹脂層に開口された貫通穴には前記外部端子接続
    用ランド部と前記ポスト電極とを電気接続するメッキポ
    ストが形成されていることを特徴とする請求項１に記載
    のフリップチップ型半導体装置。
  3. 【請求項３】 所要の素子が形成された半導体基板と、
    前記半導体基板の表面に形成されたパッシベーション層
    及びパッド電極と、前記パッシベーション層及びパッド
    電極上に形成された柔軟な樹脂からなる絶縁性樹脂層
    と、前記絶縁性樹脂層の表面に形成され、一部に前記パ
    ッド電極に電気接続された外部端子形成用ランド部を有
    する再配線層と、前記絶縁性樹脂層及び前記再配線層上
    に接着剤により貼り付けられ、前記外部端子形成用ラン
    ド部に対応する箇所に貫通孔が開口された絶縁性シート
    と、前記貫通孔内において前記外部端子形成用ランド部
    の表面に形成された半田バンプとを備えることを特徴と
    するフリップチップ型半導体装置。
  4. 【請求項４】 所要の素子が形成された半導体基板の表
    面にパッシベーション層とパッド電極とを形成する工程
    と、前記パッシベーション層及びパッド電極上に柔軟な
    樹脂からなる絶縁性樹脂層を形成する工程と、前記絶縁
    性樹脂層の表面に前記パッド電極を露出する開口を形成
    する工程と、前記絶縁性樹脂層の表面に前記パッド電極
    に電気接続される外部端子形成用ランド部を含む再配線
    層を形成する工程と、前記絶縁性樹脂層及び前記再配線
    層上に、前記外部端子形成用ランド部に対応する箇所に
    貫通孔が開口された絶縁性シートを接着剤により貼り付
    ける工程と、前記絶縁性シートの前記貫通孔内に導電材
    料を埋設して前記外部端子形成用ランド部に電気接続さ
    れるポスト電極を形成する工程と、前記ポスト電極の表
    面に半田バンプを接続する工程とを備えることを特徴と
    するフリップチップ型半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 所要の素子が形成された半導体基板の表
    面にパッシベーション層とパッド電極とを形成する工程
    と、前記パッシベーション層及びパッド電極上に柔軟な
    樹脂からなる絶縁性樹脂層を形成する工程と、前記絶縁
    性樹脂層の表面に前記パッド電極を露出する開口を形成
    する工程と、前記絶縁性樹脂層の表面に前記パッド電極
    に電気接続される外部端子形成用ランド部を含む再配線
    層を形成する工程と、前記絶縁性樹脂層及び前記再配線
    層上に柔軟な樹脂からなる中間樹脂層を形成する工程
    と、前記中間樹脂層の前記外部端子形成用ランド部に対
    応する箇所に貫通孔を開口する工程と、前記中間樹脂層
    の前記貫通孔内に露出される前記外部端子形成用ランド
    部の表面上にメッキ処理を施してメッキポストを形成す
    る工程と、前記メッキポストに対応する箇所に貫通孔が
    開口された絶縁性シートを接着剤により貼り付ける工程
    と、前記絶縁性シートの前記貫通孔内に導電材料を埋設
    して前記外部端子形成用ランド部に電気接続されるポス
    ト電極を形成する工程と、前記ポスト電極の表面に半田
    バンプを接続する工程とを備えることを特徴とするフリ
    ップチップ型半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項６】 所要の素子が形成された半導体基板の表
    面にパッシベーション層とパッド電極とを形成する工程
    と、前記パッシベーション層及びパッド電極上に柔軟な
    樹脂からなる絶縁性樹脂層を形成する工程と、前記絶縁
    性樹脂層の表面に前記パッド電極を露出する開口を形成
    する工程と、前記絶縁性樹脂層の表面に前記パッド電極
    に電気接続される外部端子形成用ランド部を含む再配線
    層を形成する工程と、前記絶縁性樹脂層及び前記再配線
    層上に絶縁性シートを接着剤により貼り付ける工程と、
    前記絶縁性シートの前記外部端子形成用ランド部に対応
    する箇所に貫通孔を開口する工程と、前記絶縁性シート
    の前記貫通孔内に導電材料を埋設して前記外部端子形成
    用ランド部に電気接続されるポスト電極を形成する工程
    と、前記ポスト電極の表面に半田バンプを接続する工程
    とを備えることを特徴とするフリップチップ型半導体装
    置の製造方法。
  7. 【請求項７】 所要の素子が形成された半導体基板の表
    面にパッシベーション層とパッド電極とを形成する工程
    と、前記パッシベーション層及びパッド電極上に柔軟な
    樹脂からなる絶縁性樹脂層を形成する工程と、前記絶縁
    性樹脂層の表面に前記パッド電極を露出する開口を形成
    する工程と、前記絶縁性樹脂層の表面に前記パッド電極
    に電気接続される外部端子形成用ランド部を含む再配線
    層を形成する工程と、前記絶縁性樹脂層及び前記再配線
    層上に、前記外部端子形成用ランド部に対応する箇所に
    貫通孔が開口された絶縁性シートを接着剤により貼り付
    ける工程と、前記絶縁性シートの前記貫通孔内に露出さ
    れる前記外部端子形成用ランド部の表面に半田バンプを
    接続する工程とを備えることを特徴とするフリップチッ
    プ型半導体装置の製造方法。
JP2000038071A 2000-02-09 2000-02-09 フリップチップ型半導体装置及びその製造方法 Expired - Fee Related JP3386029B2 (ja)

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