JP3420703B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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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、半導体チップとほ
ぼ同等の大きさを有する半導体装置の製造方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップをプリント回路基板上に実
装して電子機器を構成する場合、一定の面積内により多
くの半導体チップを実装する、いわゆる高密度実装への
要求が高まっている。この高密度実装を実現する方法と
して、半導体チップとほぼ同等の大きさを有する半導体
装置（ＣＳＰ（CHIP SCALE PACKAGE又はCHIP SIZE PACK
AGE ））が開発されている。
【０００３】ＣＳＰを製造する場合には、ウェーハから
切り出した半導体チップごとに組立を行う必要があり、
製造工程が複雑になる。
【０００４】このため、ウェーハ上で半導体装置の組立
を行った後に、この半導体装置をウェーハから切り出す
方法が提案されている。例えば特開平９−１７２０３６
号公報には、半導体チップ上に導体ペーストを印刷して
突起状の電極（バンプ）を形成する工程と、突起状電極
以外の半導体チップの表面に絶縁性材料を塗布して封止
体を形成する工程とからなるＣＳＰの製造方法の発明が
開示されている。
【０００５】この種の半導体装置では、一般に、実装す
べきプリント基板にバンプのパターンに対応させて電極
を形成しておき、この電極パターンに半導体装置のバン
プを当接させ接触部を加熱溶融させてプリント基板上に
実装される。
【０００６】ところで、ＣＳＰに用いられる半導体基板
とプリント基板とは熱膨張係数の値が大きく異なってお
り、実装時の加熱や使用時のヒートサイクルの際に、熱
応力がバンプの接合部に集中して該部が剥離したり電気
抵抗が高くなったりするおそれがある。
【０００７】このようなプリント基板とこの上に実装さ
れたＣＳＰとの熱膨張係数の違いによってバンプに生じ
る熱応力は、バンプの高さを高くすることにより緩和す
ることが可能である。
【０００８】しかしながら、特開平９−１７２０３６号
公報に記載の方法では、半導体チップの電極パッド上に
直接スクリーン印刷を用いて導体ペーストにより突出し
た電極を形成し、この電極以外の部分を覆うように硬化
性樹脂の塗膜を形成しているため、硬化性樹脂塗膜の厚
さの分だけ電極の実効高さが相対的に低くなってしまい
かえって接合部に熱応力が集中し易くなるという問題が
あった。
【０００９】また、このように、電極部分を除いて硬化
性樹脂塗膜を被覆した場合には、塗膜の方が半導体チッ
プの部分よりも熱膨張係数が大きいため、塗膜を熱処理
した後放冷する際に塗膜の熱収縮しようとする力が半導
体チップにより拘束されて熱応力が発生し、半導体装置
が塗膜側に湾曲してプリント基板への実装に支障を来す
という問題もあった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述したとおり、従来
公知のＣＳＰの製造方法には、電極以外の部分を覆うよ
うに硬化性樹脂の塗膜を形成するため、硬化性樹脂塗膜
の厚さの分だけ電極の実効高さが相対的に低くなって、
電極のプリント基板との接合部に熱応力が集中し易くな
るという問題があった。
【００１１】また、塗膜の方が半導体チップの部分より
も熱膨張係数が大きいため、塗膜を熱処理した後放冷す
る際に塗膜の熱収縮しようとする力が半導体チップによ
り拘束されて熱応力が発生し、半導体装置が塗膜側に湾
曲してプリント基板への実装に支障を来すという問題が
あった。
【００１２】本発明は、かかる従来の問題を解決するた
めになされたもので、電極の実効高さが硬化性樹脂塗膜
の厚さによって影響を受けることがなく、したがって、
電極のプリント基板との接合部に電極を剥離させたり接
触抵抗を増大させたりするような熱応力の集中のない半
導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】また、本発明は、塗膜の熱収縮による半導
体装置の湾曲を軽減または防止した半導体装置の製造方
法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明の半導体装置の製造方法は、電極パッドの形
成された半導体基板の面に前記電極パッドの部分を除い
て絶縁保護膜を形成する工程と、前記電極パッドを被覆
するバリアメタル層を形成する工程と、前記半導体基板
の面を前記バリアメタル層の少なくとも一部を露出させ
る穴部を残して硬化性樹脂で被覆する工程と、導電材料
により前記穴部を充填するとともにその上に突出部を形
成する工程と、前記導電材料を熱処理して前記硬化性樹
脂の被覆から突出した電極を形成する工程とを具備する
ことを特徴としており、上記各工程は、ウェーハ上に多
数の半導体装置を形成する場合には、各半導体装置につ
いて同時に行われる。
【００１５】上記の導電材料としては、低融点金属粉末
を含むペースト状組成物が適しているが、これに限るも
のではなく、例えば低融点金属粉末のみを用いてもよ
い。
【００１６】上記の絶縁保護膜としては、例えばＳｉＮ
からなる厚さ数μｍ程度のパッシベーション膜を用いる
ことができる。バリアメタルは、電極を低融点金属を用
いて形成する場合に溶融した低融点金属と接触して脆い
金属間化合物を形成することのない導電性の金属または
合金であり、例えばＴｉ／Ｎｉ／Ｐｄ合金等が用いるこ
とができる。絶縁保護膜の上にバリア性のある金属被膜
を形成する場合に、絶縁保護膜上に接着樹脂層を形成し
ておき密着性を向上させることが好ましい。
【００１７】硬化性樹脂としては、イミド系樹脂とエポ
キシ樹脂が好適している。イミド系樹脂としては、ポリ
イミド樹脂の他、エステルイミド樹脂、アミドイミド樹
脂のような共重合ポリイミド樹脂も使用することができ
る。一般に、イミド系樹脂ワニスは、イミド前駆体のポ
リアミド酸を有機溶剤に溶解させたものであり、このイ
ミド系樹脂ワニスを例えばスクリーン印刷により塗布し
た後、熱処理することにより、アミド酸部分が、脱水イ
ミド閉環反応を起してイミド基を形成する。
【００１８】硬化性樹脂の被膜の厚さは２５〜１００μ
ｍ程度であり、電極に加わる応力を緩和するバッファ層
として機能するとともに、電極の高さを高くし半導体装
置をプリント基板から離すことにより電気特性、特に容
量特性を改善する。硬化性樹脂の被膜厚が２５μｍより
薄いと応力緩和の効果が少なく、１００μｍより厚いと
硬化時の収縮力により半導体基板が撓むおそれがある。
なお、硬化性樹脂被膜の穴部は、逆テーパー状に形成す
ることにより導体材料の充填をより完全に行うことがで
きる。また、硬化性樹脂の被膜は１層だけに限るもので
はなく、異なる複数種の硬化性樹脂層で構成するように
してもよい。
【００１９】なお、このとき半導体装置の切断線に沿っ
て回線パターンのない部分に所定の幅で被膜のない部分
を作ることにより熱処理時の反りの発生を抑えることが
できる。このような硬化性樹脂のない部分は半導体装置
の他の部分にも設けるようにしてもよい。
【００２０】上記方法は、半導体基板に形成した電極パ
ッドの位置とプリント基板に接続するための電極の位置
とが一致、又はほぼ一致している場合に用いられる方法
であるが、半導体基板に形成した電極パッドの位置とプ
リント基板に接続するための電極の位置が相違する場合
には、次のようにして電極パッドと電極の電気的接続が
行われる。
【００２１】すなわち、半導体基板の電極パッドの部分
を除いて絶縁保護膜を形成した後、絶縁保護膜上に、電
極パッドから電極形成位置に至るリードパターンをバリ
ア性を有する金属により形成する。このリードパターン
は他の回路を構成するパターンの一部であってもよい。
【００２２】しかる後、この上を、電極形成位置に穴部
を残してスクリーン印刷等により硬化性樹脂で被覆すれ
ば、リードパターンの位置に穴部がくるので、この穴部
に電極を形成すれば電極と電極パッドがリードパターン
を介して電気的に接続されることになる。
【００２３】硬化性樹脂の穴部に電極を形成する方法と
しては、１工程で行う方法と、２工程で行う方法とがあ
る。
【００２４】１工程で行う方法は、電極形成用のメタル
マスクを硬化性樹脂被膜上に置き、低融点金属ペースト
のような導体材料をこのメタルマスク上においてスキー
ジーで穴部に導体材料を充填するとともに突出部も同時
に形成してしまう方法である。
【００２５】２工程で行う方法は、硬化性樹脂被膜上に
低融点金属ペーストのような導体材料を置きスキージー
で穴部に導体材料を充填した後、加熱溶融させるか又は
そのまま電極形成用のメタルマスクを置き、導体材料を
メタルマスク上においてスキージーでメタルマスクの穴
部に導体材料を充填して突出した電極部を形成し、高温
で加熱フローさせることによりバンプを形成する方法で
ある。
【００２６】前者の方法は、１工程で行えるから作業性
の点で有利であり、後者の方法は導体材料の加熱溶融に
よる体積減少を２回目のスクリーン印刷で補うので寸法
精度が良いという利点がある。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化する第１の
実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２８】図１及び図２は本実施の形態の半導体装置
の製造方法を説明するための概略断面図を示すものであ
る。
【００２９】図２（ｂ）に示すように、半導体基板１の
一方の面（以下、表面という）には図示を省略した回線
パターンとともに電極パッド２が形成されている。
【００３０】なお、本実施の形態では半導体基板１はウ
ェーハであり、図示を省略したが、この半導体基板１に
は、多数の独立した矩形状の半導体素子が多数マトリッ
クス状に形成されている。電極パッド２及び以下図示し
て説明する構造は、その内の１つの半導体素子に形成さ
れるものを代表して示したもので、以下説明する工程
は、各半導体素子共通に同時に行われる。この電極パッ
ド２はアルミニウムを主とする金属導体が用いられてい
る。この電極パッド２は下地材料との密着性がよい導体
であればよく、アルミニウムを主とする金属導体の他、
例えば銅又は金を主とする金属導体であってもよい。な
お、半導体基板１の表面には電極パッド２に接続する図
示しない回路が形成されている。
【００３１】半導体基板１の表面には電極パッド２を除
いて絶縁保護膜３が形成されて基板に形成された回路が
被覆されている。この絶縁保護膜３は絶縁性の材料から
なり、本実施の形態では絶縁保護膜３として窒化シリコ
ン膜（ＳｉＮ）が用いられている。
【００３２】電極パッド２上には電極パッド２を被覆す
るバリアメタル４が形成されている。このバリアメタル
４は、電極パッド２上から絶縁保護膜３上にかけて形成
され、リードパターンとしての機能を持たせることも可
能である。本実施の形態ではバリアメタル４として、Ｔ
ｉ／Ｎｉ／Ｐｄ合金が用いられている。なお、バリアメ
タル４は、電極材料と反応して脆い金属間化合物を形成
しない導体であればよく、例えば前記材料の組み合わせ
の他、クロムや銅の薄膜を組み合わせたものであっても
よい。
【００３３】電極パッド２及び絶縁保護膜３上には、硬
化性樹脂５が被覆されている。硬化性樹脂５にはバリア
メタル４の一部が露出するように穴部６が設けられてい
る。本実施の形態では硬化性樹脂５はポリイミド樹脂に
より構成されている。この硬化性樹脂５は、周辺材料と
の密着性がよい絶縁性かつ硬化性の樹脂により構成され
ていればよく、ポリイミド樹脂の他、例えば共重合ポリ
イミド樹脂、エポキシ系樹脂であってもよい。この硬化
性樹脂５の膜は４０μｍの厚さに形成されている。この
厚さは２５μｍ〜１００μｍであることが好ましい。
【００３４】硬化性樹脂５の穴部６には、バリアメタル
４に接合する電極を構成する電極リード部７が配置され
ている。この電極リード部７は低融点の金属導体からな
り、本実施の形態では共晶ハンダが用いられている。ま
た、電極リード部７上には、電極リード部７に接合して
電極バンプ部８が形成されている。本実施の形態では電
極バンプ部８として電極リード部７と同様に共晶ハンダ
が用いられている。
【００３５】次に、以上のように構成された半導体装置
の製造方法を図１（ａ）〜図２（ｂ）に沿って説明す
る。
【００３６】まず、図１（ａ）に示すように、半導体基
板１の表面に他の回路パターンとともに電極パッド２を
公知のフォトリソグラフィ技術により形成する。そし
て、半導体基板１の表面の電極パッド２を除いた部分に
絶縁保護膜３をスパッタリング法により成膜する。これ
により、電極パッド２に接続する図示しない回路が絶縁
保護膜３により被覆される。この後、電極パッド２上に
バリアメタル４を被覆する。この際、バリアメタル４を
電極パッド２上から絶縁保護膜３上まで連続させて同時
にリードパターンを形成する。
【００３７】次に、図１（ｂ）に示すように、バリアメ
タル４が被覆された半導体基板１をスクリーン印刷法に
より硬化性樹脂５で被覆する。この際、絶縁保護膜３上
に形成されたバリアメタル４の一部、即ち穴部６に対応
する位置に硬化性樹脂５が充填されないようにスクリー
ンマスクを配置する。そして、ポリイミド樹脂をスキー
ジーにより充填し、ポリイミド樹脂を熱硬化させる。こ
れにより、半導体基板１が硬化性樹脂５で被覆され、こ
の硬化性樹脂５には穴部６が形成される。
【００３８】続いて、図１（ｃ）に示すように、穴部６
にスクリーン印刷法により低融点金属ペースト（ペース
ト状の共晶ハンダ）を充填する。これにより、バリアメ
タル４に接合した電極リード部７が形成される。
【００３９】次に、図２（ａ）に示すように、電極リー
ド部７上にスクリーン印刷法により電極リード部７に接
合した電極バンプ部８（突出部）を形成する。この際、
硬化性樹脂５上にメタルマスクを開口部分が電極リード
部７上となるように配置する。この際、電極バンプ部８
を安定させるために、電極バンプ部８の径は電極リード
部７の径より大きくなるような穴を有するメタルマスク
を配置することが好ましい。
【００４０】そして、図２（ｂ）に示すように、電極バ
ンプ部８を加熱溶融させ、共晶ハンダの表面張力により
電極バンプ部８を球状にする。これにより、硬化性樹脂
５から突出した電極が形成される。
【００４１】最後に、半導体基板１を半導体チップごと
に切断（ダイシング）する。これにより、半導体装置が
製造される。
【００４２】なお、半導体基板１を硬化性樹脂５で被覆
する工程をスクリーン印刷法を用いた場合について説明
したが、この被覆方法に他の方法を用いて行ってもよ
い。
【００４３】以上のように、この半導体装置の製造方法
では、スクリーン印刷法により形成される電極の高さ
（電極バンプ部８の高さ）に加えて、硬化性樹脂５の高
さ（電極リード部７の高さ）だけ電極を高く形成するこ
とができる。
【００４４】本実施の形態の半導体装置の製造方法によ
れば、半導体基板１から切り出した半導体チップごとに
組立を行う必要がなく、半導体装置の製造工程を簡素化
することができる。また、半導体基板１を硬化性樹脂５
で被覆する工程をスクリーン印刷法を用いているので、
半導体装置の製造が簡単になる。
【００４５】本実施の形態の半導体装置の製造方法によ
れば、硬化性樹脂５の高さだけ電極を高く形成すること
ができるので、半導体チップ及び電極バンプ部８が受け
る応力を緩和することができる。
【００４６】本実施の形態の半導体装置の製造方法によ
れば、バリアメタル４がリードパターンとしての役割を
果たしていることから、電極の配置箇所についての自由
度が増える。また、電極パッド２の大きさに拘らず、穴
部６から露出したバリアメタル４の面積により、電極リ
ード部７との接触面積を変化させることができ、バリア
メタル４と電極リード部７との接続を確実に行うことが
できる。
【００４７】次に、第２の実施の形態を図面を参照して
説明する。
【００４８】なお、この実施の形態においては、第１の
実施の形態と重複する点については説明を省略する。
【００４９】従って、以下には第１の実施の形態と異な
った点を中心に説明する。
【００５０】図３に示すように、本実施の形態では、バ
リアメタル４を穴部６の底面に相当する電極パッド２上
に形成している。また、穴部６をその開口側、即ち上方
に向かって拡開する逆テーパー状に形成されている。
【００５１】この実施の形態の半導体装置の製造方法で
は、バリアメタル４を電極パッド２上に形成し、リード
パターンとしてのバリアメタル４を配設する必要がなく
なる。また、バリアメタル４上の穴部６に対応する位置
に硬化性樹脂５が充填されないような逆テーパー状のス
クリーンマスクを配置して、半導体基板１を印刷法によ
り硬化性樹脂５で被覆する。これにより、穴部６は逆テ
ーパー状に形成される。この穴部６にスクリーン印刷法
によりペースト状の共晶ハンダを充填させると、電極リ
ード部７が形成される。この際、穴部６は逆テーパー状
に形成されているので、共晶ハンダはその自重によって
穴部６内に充填されやすくなる。
【００５２】以上のように、この半導体装置の製造方法
によれば、バリアメタル４を電極パッド２上にのみ形成
しているので、バリアメタル４の配設が容易になり、半
導体装置の製造が容易になる。また、リードパターンの
引き回しを行う必要がないので、バリアメタル４の配線
としての役割に対する信頼が向上する。さらに、配線長
さが短くなり、低インダクタンス化、高速化という電気
特性の改善が可能になる。
【００５３】この半導体装置の製造方法によれば、穴部
６が逆テーパー状に形成されているので、穴部６内に共
晶ハンダが充填されやすく、スクリーン印刷法による電
極リード部７の形成が容易になる。
【００５４】なお、実施の形態は上記に限らず、例えば
以下の場合であってもよい。
【００５５】硬化性樹脂５上にメタルマスクを配置した
状態で、穴部６及びメタルマスクの開口部分に共晶ハン
ダを充填させ、穴部６の充填と突出部を同時に行い、電
極リード部７と電極バンプ部８とを同時に形成してもよ
い。この場合、半導体装置の製造工程をさらに簡素化す
ることができる。
【００５６】図４に示すように、絶縁保護膜３とバリア
メタル４との間に接着樹脂層９を設けてもよい。この場
合、接着樹脂層９が緩衝材としての役割を果たし、半導
体チップが受ける応力を緩和することができる。この接
着樹脂層９は軟質の樹脂により構成されていることが好
ましい。また、接着樹脂層９の存在により半導体装置の
電気容量を小さくすることができる。
【００５７】図５に示すように、硬化性樹脂５に半導体
基板１のダイシングラインに沿った溝部１０を形成して
もよい。この場合、硬化性樹脂５の収縮力が溝部１０で
は発生しないので、半導体チップが受ける応力を緩和す
ることができる。この溝部１０はダイシングラインの
他、半導体チップの回線が存在しないところであれば形
成することができる。
【００５８】図６に示すように、硬化性樹脂５を異なる
２種類の硬化性樹脂の樹脂層５ａ，５ｂで構成し、両樹
脂層５ａ，５ｂを積層させて半導体基板１を被覆しても
よい。この場合にも、両樹脂層５ａ，５ｂにより応力が
分散され、半導体チップが受ける応力を緩和することが
できる。また、樹脂層は２層の他、３層、４層のように
複数種であってもよい。この場合も同様に半導体チップ
が受ける応力を緩和することができる。
【００５９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
製造工程を簡素化するとともに、半導体チップの電極を
高くすることができ、基板実装時の熱疲労寿命を改善す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の半導体装置の製造工程を示
す模式断面図。
【図２】第１の実施の形態の半導体装置の製造工程を示
す模式断面図。
【図３】第２の実施の形態の半導体装置の模式断面図。
【図４】別の実施の形態の半導体装置の模式断面図。
【図５】別の実施の形態の半導体装置の模式断面図。
【図６】別の実施の形態の半導体装置の模式断面図。
【符号の説明】
１……半導体基板、２……電極パッド、３……絶縁保護
膜、４……バリアメタル及びリードパターンとしてのバ
リアメタル、５……硬化性樹脂、６……穴部、７……電
極リード部、８……電極バンプ部。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−45990（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−204678（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−176870（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−172036（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−82850（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−340002（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 H01L 23/12 501

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電極パッドの形成された半導体基板の面
    に前記電極パッドの部分を除いて絶縁保護膜を形成する
    工程と、 前記電極パッドを被覆するバリアメタル層を形成する工
    程と、 前記半導体基板の面を前記バリアメタル層の少なくとも
    一部を露出させる穴部を残して硬化性樹脂で被覆する工
    程と、 導体材料により前記穴部を充填するとともにその上に突
    出部を形成する工程と、 前記導体材料を熱処理して前記硬化性樹脂の被覆から突
    出した電極を形成する工程とを具備することを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】 電極パッドの形成された半導体基板の面
    に前記電極パッドの部分を除いて絶縁保護膜を形成する
    工程と、 バリヤ性を有する金属により一部が前記電極パッドに接
    続されたリードパターンを形成する工程と、 前記半導体基板の面を前記リードパターンの少なくとも
    一部を露出させる穴部を残して硬化性樹脂で被覆する工
    程と、 導体材料により前記穴部を充填するとともにその上に突
    出部を形成する工程と、 前記導体材料を熱処理して前記硬化性樹脂の被覆から突
    出した電極を形成する工程とを具備することを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記穴部はその開口側に向かって拡開す
    る逆テーパー状に形成されることを特徴とする請求項１
    又は２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記穴部の充填と突出部の形成を同時に
    行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に
    記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記絶縁保護膜と前記バリアメタル層と
    の間に接着樹脂層を形成することを特徴とする請求項
    １、３又は４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造
    方法。
  6. 【請求項６】 前記絶縁保護膜と前記リードパターンと
    の間に接着樹脂層を形成することを特徴とする請求項２
    乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記半導体装置は、単一の半導体基板上
    に複数個同時に形成されることを特徴とする請求項１乃
    至６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記硬化性樹脂は異なる複数種の硬化性
    樹脂層で構成されることを特徴とする請求項１乃至７の
    いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記硬化性樹脂による被覆はスクリーン
    印刷法により行なわれることを特徴とする請求項１乃至
    ８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記導体材料は、低融点金属粉末を含
    むペースト状組成物である請求項１乃至９のいずれか１
    項に記載の半導体装置の製造方法。
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