JP3706492B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特にチップサイズパッケージとその製造方法に関する。チップサイズパッケージ(Chip Size Package)は、CSPとも呼ばれ、チップサイズと同等か、わずかに大きいパッケージの総称であり、高密度実装を目的としたパッケージである。本発明は、CSPの耐湿性の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この分野では、一般にBGA(Ball Grid Array)と呼ばれ、面状に配列された複数のハンダボールを持つ構造、ファインピッチBGAと呼ばれ、BGAのボールピッチを更に狭ピッチにして外形がチップサイズに近くなった構造等が知られている。
【0003】
また、最近では、「日経マイクロデバイス」1998年8月号 44頁〜71頁に記載されたウエハーCSPがある。このウエハーCSPは、基本的には、チップのダイシング前に配線やアレイ状のパッドをウエハープロセス(前工程)で作り込むCSPである。この技術によって、ウエハープロセスとパッケージ・プロセス(後工程)が一体化され、パッケージ・コストが大幅に低減できるようになることが期待されている。
【0004】
ウエーハCSPの種類には、封止樹脂型と再配線型がある。封止樹脂型は、従来のパッケージと同様に表面を封止樹脂で覆った構造であり、チップ表面の配線層上にメタルポストを形成し、その周囲を封止樹脂で固める構造である。
【0005】
一般にパッケージをプリント基板に搭載すると、プリント基板との熱膨張係数の差によって発生した応力がメタルポストに集中すると言われているが、樹脂封止型では、メタルポストが長くなるため、応力が分散されると考えられている。
【0006】
一方、再配線型は、図10に示すように、封止樹脂を使わず、再配線を形成した構造である。つまりチップ51の表面にAl電極52、配線層53、絶縁層54が積層され、配線層53上にはメタルポスト55が形成され、その上に半田ボール56が形成されている。配線層53は、半田ボール56をチップ上に所定のアレイ状に配置するための再配線として用いられる。
【0007】
封止樹脂型は、メタルポストを100μm程度と長くし、これを封止樹脂で補強することにより、高い信頼性が得られる。しかしながら、封止樹脂を形成するプロセスは、後工程において金型を用いて実施する必要があり、プロセスが複雑になる。
【0008】
一方、再配線型では、プロセスは比較的単純であり、しかも殆どの工程をウエーハプロセスで実施できる利点がある。しかし、なんらかの方法で応力を緩和し信頼性を高めることが必要とされている。
【0009】
また図11は、図10の配線層53を省略したものであり、Al電極52が露出した開口部を形成し、この開口部には、メタルポスト55とアルミ電極52との間にバリアメタル58を少なくとも一層形成し、このメタルポスト55の上に半田ボール56が形成されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし図10に於いて、メタルポスト55を完全に覆うようにポリイミド樹脂を塗布し、硬化後にその上面を研磨して、前記メタルポストの頭部を露出させ、この露出部に半田ボールを形成した後、このポリイミド樹脂と一緒にダイシングして個々のチップにしていた。
【0011】
そのため、ダイシングによって露出される側面は、Al電極52の下層に形成される絶縁層(例えばBPSG膜)と絶縁樹脂層との界面が位置し、絶縁層の吸湿性が高いため、この界面より湿気が侵入し、素子の劣化が生じてしまう問題があった。
【0012】
また樹脂から成る絶縁樹脂層54とSi3N4膜、絶縁樹脂層54とSiO2膜等は、その熱膨張係数が異なるため、その界面に湿気等が侵入し、絶縁樹脂層の剥離等が発生する問題もあった。
【0013】
本発明は、前記問題点を解決するものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題に鑑みてなされ、第1に、チップの周囲に設けられ、前記チップを構成する半導体基板にまで到達した第1の溝と、
前記第1の溝を埋める第1の絶縁樹脂層と、
前記第1の溝の前記第1の絶縁樹脂層内に形成された第2の溝で個々のチップに分離されるダイシングラインとを具備する事で解決するものである。
【0015】
第1の溝に第1の絶縁樹脂層が埋め込まれ、ここの第1の溝よりも幅狭でダイシングする事により、絶縁樹脂層rとパッシベーション膜、パッシベーション膜と層間絶縁膜またはこれよりも下層の界面を絶縁樹脂層Rで保護することができる。従って製品としての耐湿性、耐環境性の向上が実現できる。
第2に、メタルポストの下層に、配線層を設ける事で解決するものであり、配線層を採用するCSPにも適用可能となる。
第3に、第1の絶縁樹脂層と第2の絶縁樹脂層を、同一材料より成す事で解決するものであり、第1の溝も含めて第1の絶縁樹脂層でカバーすることができ、しかも第1の溝が形成されることによるウェハ強度も第1の絶縁樹脂層を埋め込むことで維持させることができる。
【0016】
第4に、第1の溝は、ダイシングにより前記半導体基板がハーフカットされて構成する事で解決するものであり、エッチングによる第1の溝の形成よりも大幅に簡略化できる。
【0017】
第5に、配線層を含むチップの周囲に位置し、前記ウェハをハーフカットする第1の溝を形成し、
前記第1の絶縁層、前記配線層、前記メタルポストおよび前記第1の溝を含むウェハ表面に樹脂から成る絶縁層を被覆し、
前記第1の溝内に形成された絶縁層を残し、前記ウェハをフルカットする事で解決するものである。
【0018】
第6に、第1の溝は、前記ウェハを構成する半導体基板まで到達するように形成することで解決するものである。
【0019】
第1の溝を形成してここに第1の絶縁樹脂層を埋め込むことでウェハ全体の強度を維持でき、更には、図9のように第1の溝の側面とダイシングした後の側面との間に前記第1の絶縁樹脂層が残存しているので、従来ダイシングしたことにより発生する界面が第1の絶縁樹脂層で覆われることになる。
【0020】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【0021】
図9に於いて、図番1は、通常のワイヤボンディングタイプのICチップに於いて、最上層のメタル(ボンディングパッドとしても機能する部分)の部分であり、このAl電極1のコンタクトホールCが形成される層間絶縁膜を図番2で示す。
【0022】
またこのコンタクトホールCの下層には、メタルが複数層で形成され、例えばトランジスタ(MOS型のトランジスタまたはBIP型のトランジスタ)、拡散領域、ポリSiゲートまたはポリSi等とコンタクトしている。
【0023】
ここで、本実施例は、MOS型で説明しているが、BIPでも実施できる事は言うまでもない。
【0024】
また本構造は、一般には一層メタル、2層メタル…と呼ばれるICである。
【0025】
つまり図示していないが、2層、3層…と増加するに連れて、層間絶縁膜2の下層には、メタルと絶縁層、絶縁層とこの上下に形成される別の絶縁層の界面があり、この界面が後述する第1の溝に露出している。
【0026】
更には、パッシベーション膜を図番3で示す。ここでパッシベーション膜3は、Si窒化膜、エポキシ樹脂またはポリイミド等でなり、更にこの上には、絶縁樹脂層rが被覆されている。この絶縁樹脂層rは、後述するようにフラット性を実現できるため、配線層7をフラットにすることができ、半田ボールの高さを一定にしている。特にシート付きの収縮樹脂を採用する場合、硬化前のフィルムを板状の加圧装置で加圧した際、メタルポスト8頭部の高さが均一となるので全てのメタルポスト頭部を加圧部に当接できるため、精度の高いメタル露出が可能となる。詳細はプロセスにて説明する。
またAl電極1上には、窒化Ti膜5が形成されている。
【0027】
パッシベーション膜3と絶縁樹脂層rは、窒化Ti膜5を露出する開口部Kが形成され、ここには、配線層7のメッキ電極(シード層)としてCuの薄膜層6が形成される。そしてこの上には、Cuメッキにより形成される配線層7が形成される。
【0028】
そして、配線層7を含むチップ全面には、樹脂から成る樹脂層Rが形成される。ただし、図面上では省略しているが、樹脂層Rと配線層7、樹脂層Rとメタルポスト8の界面にはSi3N4膜が設けられても良い。
【0029】
樹脂層Rは、熱硬化性、熱可塑性樹脂であれば実施可能であり、特に熱硬化性樹脂として、アミック酸フィルム、ポリイミド系、エポキシ系の樹脂が好ましい。また熱可塑性樹脂であれば、熱可塑性ポリマー(日立化成:ハイマル)等が好ましい。またアミック酸フィルムは30〜50%の収縮率である。
ここで樹脂Rは、液状のアミック酸を主材料としたものが用意され、ウェハ全面にスピンオンされる。厚さは20〜60μm程度である。その後、この樹脂Rは、熱硬化反応により重合される。温度は、300°C以上である。しかし熱硬化前のアミック酸より成る樹脂は、前記温度の基で活性に成り、Cuと反応し、その界面を悪化させる問題がある。しかし、配線層の表面にSi3N4膜を被覆する事により、このCuとの反応を防止することができる。ここでSi3N4膜の膜厚は、1000〜3000Å程度である。
【0030】
またSi3N4膜は、バリア性が優れた絶縁膜で、SiO2膜は、Si3N4膜に比べバリア性に劣る。しかしSiO2膜を採用する場合は、Si3N4膜よりもその膜厚を厚くする必要がある。またSi3N4膜は、プラズマCVD法で形成できるので、そのステップカバレージも優れ、好ましい。更に、メタルポスト8を形成した後、樹脂層Rを被覆するので、前記Si3N4膜を形成するとCuから成る配線層7とアミック酸を主材料とする樹脂層の反応を防止するばかりでなく、Cuから成るメタルポスト8とアミック酸を主材料とする樹脂層Rの反応も防止できる。
【0031】
前記樹脂Rは、硬化前の流動性を有する状態の樹脂層Rを硬化すると、硬化の際中に収縮し、図7の様に大幅にその膜厚が減少するものである。従って樹脂層Rの表面は、メタルポスト8の頭部よりも下端に位置し、メタルポスト8が露出されることになる。従って、樹脂層Rを削り、頭部を露出させる必要がない。またこの研磨工程で頭部を均一に露出させることは、非常に難しい制御を必要とするが、樹脂の収縮により簡単に露出させることができる。
【0032】
本工程は、もちろん収縮率の小さい樹脂Rを塗布し、硬化後にメタルポスト8の頭部を露出させるために研磨しても良い。
【0033】
従って、配線層7の端部にメタルポスト8の頭部が顔を出し、メタルポスト8の頭部にバリアメタルを形成することができる。特にここでは、Ni10、Au11が無電解メッキで形成されている。
【0034】
Cuから成るメタルポスト8の上に直接半田ボールが形成されると、酸化されたCuが原因で半田ボールとの接続強度が劣化する。また酸化防止のためにAuを直接形成すると、Auが拡散されるため、間にNiが挿入されている。NiはCuの酸化防止をし、またAuはNiの酸化防止をしている。従って半田ボールの劣化および強度の劣化は抑制される。
【0035】
また、メタルポスト8の頭部に、半田ボール12が形成される。
【0036】
ここで半田ボールと半田バンプの違いについて説明する。半田ボールは、予めボール状の半田が別途用意され、メタルポスト8に固着されるものであり、半田バンプは、配線層7、メタルポスト8を介して電解メッキで形成されるものである。半田バンプは、最初は厚みを有した膜として形成され、後熱処理により球状に形成されるものである。
【0037】
ここでは、図6の工程でシード層が取り除かれるので、電解メッキは採用できず、実際は半田ボールが用意される。
【0038】
最後にウェハ状態で用意されているチップ個々の周囲には、TCで示す第1の溝が形成され、この溝に絶縁樹脂層が埋め込まれている。ここでは工程の簡略化から樹脂層Rと同一のものが形成されているが、工程の簡略化を考慮しなければ同一である必要はない。
【0039】
この溝TCおよび樹脂層は、本発明の特徴となる所であり、第1の溝TCよりも幅狭でなるダイシングブレードDCによりフルカットされる。つまり少なくとも半導体基板に到達した第1の溝TCとフルカットラインDLとの間には樹脂層が配置され、耐湿劣化を引き起こす各層の界面端部を覆うことができ、素子劣化の防止が可能となる。
【0040】
一般的にウェハは、200〜300μmの厚みを有する。また前述したように第1の溝TCは、図8の基板表面から半導体基板(Si基板)に到達していれば良く、ウェハの厚みも考慮すれば、溝の深さは、Si基板から1〜100μm程度が好ましい。
【0041】
続いて図9の構造について図1より簡単にその製造方法について説明する。
【0042】
まず、Al電極1を有するLSIが形成された半導体基板(ウエーハ)を準備する。ここでは、前述したように1層メタル、2層メタル・・のICで、例えばトランジスタのソース電極、ドレイン電極が一層目のメタルとして形成され、ドレイン電極とコンタクトしたAl電極1が2層目のメタルとして形成されている。
【0043】
ここではドレイン電極が露出する層間絶縁膜2の開口部Cを形成した後、ウェハ全面にAlを主材料とする電極材料、窒化Ti膜5を形成し、ホトレジストをマスクとして、Al電極1と窒化Ti膜5を所定の形状にドライエッチングしている。
【0044】
ここでは、パシベーション膜3を形成し、この後開口した開口部Cの上からバリアメタルを形成するのと違い、バリアメタルとしての窒化Ti膜も含めてホトレジストで一度に形成でき、工程数の簡略が可能となる。
【0045】
また窒化Ti膜5は、後に形成するCuの薄膜層6のバリアメタルとして機能している。しかも窒化Ti膜は、反射防止膜として有効であることにも着目している。つまりパターニングの際に使用されるレジストのハレーション防止としても有効である。ハレーション防止として最低1200Å〜1300Å程度必要であり、またこれにバリアメタルの機能を兼ね備えるためには、2000Å〜3000Å程度が好ましい。これ以上厚く形成されると、今度は窒化Ti膜が原因で発生するストレスが発生する。
【0046】
またAl電極1と窒化Ti膜5がパターニングされた後、全面にパッシベーション膜3が被覆される。パッシベーション膜として、ここではSi3N4膜が採用されているが、ポリイミド等も可能である。(以上図1参照)
続いて、パッシベーション膜3の表面に絶縁樹脂層rが被覆される。この絶縁樹脂層は、ここでは、ポジ型の感光性ポリイミド膜が採用され、約3〜5μm程度が被覆されている。そして開口部Kが形成される。
この感光性ポリイミド膜を採用することで、図2の開口部Kのパターニングに於いて、別途ホトレジストを形成して開口部Kを形成する必要が無くなり、ガラス製のホトマスク、メタルマスクの採用により工程の簡略化が実現できる。もちろんホトレジストでも可能である。しかもこのポリイミド膜は、平坦化の目的でも採用されている。つまり半田ボール12の高さが全ての領域において均一である為には、メタルポスト8の高さが全て於いて均一である必要があり、配線層7もフラットに精度良く形成される必要がある。その為にポリイミド樹脂を塗布し、ある粘度を有した流動性を有する樹脂である故、硬化前に所望の時間放置することでその表面をフラットにしている。
【0047】
ここでAl電極1はLSIの外部接続用のパッドも兼ね、半田ボール(半田バンプ)から成るチップサイズパッケージとして形成しない時は、ワイヤボンディングパッドとして機能する部分である。(以上図2参照)
続いて全面にCuの薄膜層6を形成する。このCuの薄膜層6は、後に配線層7のメッキ電極となり、例えばスパッタリングにより約1000〜2000Å程度の膜厚で形成される。
【0048】
続いて、全面に例えばホトレジスト層PR1を塗布し、配線層7に対応するホトレジストPR1を取り除く。(以上図3参照)
続いて、このホトレジストPR1の開口部に露出するCuの薄膜層6をメッキ電極とし、配線層7を形成する。この配線層7は機械的強度を確保するために2〜5μm程度に厚く形成する必要がある。ここでは、メッキ法を用いて形成したが、蒸着やスパッタリング等で形成しても良い。
【0049】
この後、ホトレジスト層PR1を除去する。(以上図4参照)
続いて、メタルポスト8が形成される領域を露出したホトレジストが形成され、この露出部に電解メッキでCuのメタルポスト8が形成される。これもCuの薄膜層6がメッキ電極として活用される。このメタルポストは、30〜40μm程度の高さに形成される。
【0050】
ここでも電解メッキメッキ以外の方法として、スパッタリングが考えられる。
【0051】
ここで第1の溝TCの形成タイミングは、色々と考えられるが、第1のタイミングとしてメタルポストの形成後が考えられる。ここでは、ホトレジストPR2に第1の溝TCのラインが露出されるように形成されていれば、このTCの露出部に沿ってダイシングが可能となる。また別途第1の溝TCのみを露出させるホトレジストを形成すればエッチングによっても形成できる。
【0052】
続いて、ホトレジストを除去し、配線層7をマスクとしてCuの薄膜層6を除去する。(以上図6参照)
次に示す工程は、図面では省略したが、配線層7、メタルポスト8も含めて全表面にプラズマCVD法でSi3N4膜被着しても良い。
【0053】
これは、後の工程で形成される硬化前の樹脂RとCuが熱により反応する。そのためこの界面が劣化する問題を有している。従って配線層7、メタルポスト8は、全てこのSi3N4膜でカバーする必要がある。このSi3N4膜は、界面の劣化が発生しない場合は、もちろん省略が可能である。
【0054】
また、メタルポスト8を形成した後に、Si3N4膜を形成すれば、配線層7、メタルポスト8も含めてカバーすることができる。またパターニングされて露出している側面Mも一緒に保護する必要があるが、ここでは、両者をパターニングした後にSi3N4膜を被覆するので、側面Mも一緒に保護される。
【0055】
前述したように第1の溝TCの形成タイミングとして、前記Si3N4膜を形成した後でも良い。
【0056】
つまりSi3N4膜で全面を保護しているので、この状態で第1の溝TCをダイシングしたり、またはエッチングできる。Si3N4膜がウェハ全面に形成されてあるため、メタルポスト8の酸化を防止することができる。
【0057】
またSi3N4膜が設けられない場合でも、樹脂層Rを第1の溝に埋め込む必要から、樹脂層Rを被覆する前に第1の溝TCを形成する必要がある。
【0058】
続いて樹脂層Rを全面に塗布する。
【0059】
この樹脂は、最初は流動性のあるもので、熱硬化反応が終わるとその膜厚が大きく減少するものである。
【0060】
この樹脂は、流動性があるため硬化前に於いてフラット性を実現でき、また膜厚の減少故に、メタルポスト頭部より下端に位置される。
【0061】
また絶縁樹脂層R、rは、次のメリットもある。
一般に粘性のある樹脂をディスペンサで塗布すると、脱泡してあっても中に気泡を取り込んでしまう問題がある。気泡を取り込んだまま焼結すると、これからの工程やユーザー側での高温雰囲気使用で気泡が破裂する問題がある。
【0062】
本工程では、スピンオンで塗布し、一回のスピンで20〜30μm程度の膜厚に形成できるようにその粘性を調整してある。この結果、この膜厚よりも大きな気泡は、膜の厚みが薄い故に弾けて消える。またこの膜厚よりも小さい気泡も、スピンオンの遠心力で外部へ飛ばされる樹脂と一緒に外に飛ばされ、気泡無しの膜が形成できる。
【0063】
また絶縁樹脂層Rは、膜厚として50μm程度を必要とし、この場合、前述した原理を採用し、スピンオンで複数回に分けて塗布し、気泡を取り除きながら形成することができる。
【0064】
もちろんスピンオンを採用せずに、ディスペンサで塗布しても良い。
【0065】
更に、本絶縁樹脂層Rのポイントは、硬化の際に収縮することである。一般に樹脂は、硬化後に於いて、ある程度の収縮をしている。しかし本絶縁樹脂層Rは、ベーク中に収縮し、絶縁樹脂層Rの表面がメタルポスト8の頭部よりも下端に位置される。従ってメタルポスト8の頭部が露出されるので、半田ボールの固着が可能となる。
【0066】
また半田ボールの強度を高めるためには、メタルポスト8の側面も含めて露出率を大きくする必要があるが、これも絶縁樹脂層Rの塗布量をコントロールすることで露出率をコントロールすることができる。
【0067】
また硬化した後、メタルポスト8の頭部に極薄い膜が残存する場合もあるが、この場合は、簡単にその表面を研磨またはプラズマアッシングすればよい。特に前述したようにメタルポストの高さが均一になっているので、フラット性のある研磨板を採用すれば、全ての頭部をクリーンにできる。
【0068】
また絶縁樹脂層Rを被覆した後、研磨できる程度に半硬化し、メタルポスト8の頭部近傍まで研磨してから、完全に硬化しても良い。この場合、メタルポスト8の頭部には極薄い膜しか残存しないので、絶縁樹脂層Rの収縮率が小さくても、絶縁樹脂層の収縮でメタルポストを露出させることができる。つまり樹脂の収縮率により、メタルポスト8の上に配置できる膜厚が決まるため、それに応じて研磨するか、しなくてすむか、またどの程度研磨するかを決定しメタルポストを露出させればよい。
【0069】
また前記Si3N4膜が形成される場合は、メタルポストの頭部にSi3N4膜が形成されているので、この場合は、ウエットエッチング、ドライエッチングまたは研磨で取り除かれる。
【0070】
更に露出したメタルポスト8にNi10とAuがメッキされる。ここではCuの薄膜層6が配線層7をマスクとして取り除かれているので、無電解メッキが採用され、Niが約1μm、Au11が約5000Åで形成される。
【0071】
図16で説明したように、メタルポスト頭部の上層まで絶縁樹脂層を塗布し、これを研磨してゆくと、メタルポストの頭出しが非常に難しい。またAuは、5000Å程度の膜厚で最上層にあるため、フラットな研磨が実現されなければ、あるポストはAuが出ており、また別のポストは、Auの上に絶縁樹脂層がかぶさり、また別のポストはAuが削られている状態を作ってしまう。つまりNiの酸化も兼ねているため、半田ボールの固着ができている所、弱い所、全くできない所が発生する。
【0072】
本発明は、メタルポスト8が露出しているので、バリアメタル10、11が精度高く形成でき、半田ボール12の固着性も良好になる。
【0073】
この樹脂層Rは、収縮型で説明したが、前述しているように研磨しても良い。つまり樹脂層Rでメタルポスト8を完全に覆い、その後メタルポスト8が露出されるまで研磨しても良い。この研磨工程も樹脂層Rが第1の溝を埋めているので、クラック等を防止することができる。(以上図7参照)
更に図示していないがウェハ表面を保護シートで覆い、矢印のようにバックグラインドし、ウェハの厚みを薄くする。
【0074】
図では、省略したが、バックグラインドした後、ウェハ裏面に樹脂を被覆しても良い。これは、バックグラインドの際に発生する傷が原因で発生するウェハのカケを防止するものであると同時に、絶縁樹脂層Rの収縮により発生するウェハの反りを防止するものである。
【0075】
従って、収縮が大きい樹脂層Rが表面にあるため、裏面にも同程度の厚みの樹脂層Rが設けられる必要がある。また絶縁樹脂層rも考慮され、少なくとも樹脂層Rの膜厚と同程度かこれよりも厚く、最大樹脂層Rと樹脂層rの厚み程度の膜厚が必用である。またこの後にダイシングされるので、チップのカケに対する保護、チップサイズが大きい場合の反りを考慮すれば、この裏面に形成された保護樹脂も製品として残存させる事もできる。(以上図8参照)
最後に、用意した半田ボール12を位置合わせして搭載し、リフローする。そして、半導体基板をダイシング工程により、スクライブラインに沿ってチップに分割し、チップサイズ・パッケージとして完成する。
【0076】
ここで半田を溶融するタイミングは、ダイシングの前である。
【0077】
このダイシングは、本発明の特徴となるところであり、第1の溝TCよりも幅狭のダイシングブレードDCを用意し、これを用いて第1の溝のほぼセンターでフルカットする。第1の溝TCは、例えば半導体基板まで到達しているハーフカットで実現されているため、半導体基板から上層に形成される各層の界面端部は、前記樹脂層Rで保護されてCSPとなる。
【0078】
以上、本発明は、再配線型で説明してきたが、樹脂封止型でも実施できることは言うまでもない。
【0079】
また本願では、絶縁樹脂層Rとしてシート30付きのフィルムFを採用しても良い。
【0080】
以下簡単にその説明をする。図12は、メタルポスト8がウェハ全体にある様子を示し、図7の構成を模式的に示している。上層には、例えばテフロンシート30にアミック酸から成る絶縁樹脂層31が塗布されてフィルムFとなっている。図12に於いて太線がシート30である。
前記フィルムFをウェハ全面に配置し、上から平坦なプレス板を当接して押圧すると、絶縁樹脂層31は、硬化前なので柔らかいため、前記メタルポスト全てを前記絶縁樹脂層31で覆うことができる。(以上図13参照)
更に前記フィルムFを前記プレス板で押圧し、シート30がメタルポスト8に当接したら、その押圧をやめる。この状態では、メタルポストの頭部とシート30との間は、前記絶縁樹脂層31が押しのけられている。
【0081】
そして前実施例と同様に、熱を加えて硬化させる。この硬化により絶縁樹脂層31は収縮し、その表面がメタルポスト8の頭部よりも下端に位置することになる。ちょうど図8の状態にシート30が付いている状態である。(以上図14参照)
そして図15の様に、シート30を剥がせば、図7の構造が実現できる。
【0082】
ここでのポイントは、二つある。一つは、図12の状態の時、真空排気することである。つまりフィルムを貼り合わせるので、気泡が混入するからである。 二つ目は、前記プレス板で押圧するため、シート30とメタルポスト8の間の絶縁樹脂層31を排除できることである。従って硬化後シート30を剥がせば、メタルポスト8の頭部が露出できる。
【0083】
この場合でも、メタルポスト8の頭部に薄く絶縁樹脂層31が残存する可能性があるが、その量は微量であるため、簡単に研磨やプラズノアッシングすれば完全に除去できる。しかも絶縁樹脂層r、Rを採用し、ウェハ全体がフラットでありメタルポスト8頭部の高さも均一であるため、前記研磨でウェハ全域に在るメタルポスト8の頭部を清浄にできる。
【0084】
図15のシート剥がし後、工程は図7のバリアメタルの形成工程にはいる。
【0085】
以上図10で示した配線層を採用したCSPで説明してきたが、配線層を省略したCSP、つまり図11の構造に於いても実現可能である。この場合、配線層が省略されるだけであり、チップ周囲には第1の溝が形成され、絶縁層と同一材料が第1の溝に埋め込まれている。
【0086】
【発明の効果】
本発明によれば、第1に、第1の溝に第1の絶縁樹脂層が埋め込まれ、ここの第1の溝よりも幅狭でダイシングする事により、絶縁樹脂層rとパッシベーション膜、パッシベーション膜と層間絶縁膜またはこれよりも下層の界面端部を絶縁樹脂層Rで保護することができる。従って製品としての耐湿性、耐環境性の向上が実現できる。
【0087】
第2に、メタルポストの下層に、配線層を設けるCSPにも適用可能となる。
【0088】
第3に、第1の絶縁樹脂層と第2の絶縁樹脂層を、同一材料より成す事で、工程が簡略化でき、しかも第1の溝が形成されることによるウェハ強度の劣化も第1の絶縁樹脂層を埋め込むことで維持させることができる。
【0089】
第4に、第1の溝は、ダイシングにより前記半導体基板がハーフカットされて構成する事で解決するものであり、エッチングによる第1の溝の形成よりも大幅に簡略化できる。
【0090】
第5に、第1の溝を形成してここに第1の絶縁樹脂層を埋め込むことでウェハ全体の強度を維持でき、更には、図9のように第1の溝の側面とダイシングした後の側面との間に前記第1の絶縁樹脂層が残存しているので、従来ダイシングしたことにより発生する界面が第1の絶縁樹脂層で覆われることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図2】 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図3】 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図4】 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図5】 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図6】 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図7】 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図8】 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図9】 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図10】 従来のチップサイズパッケージを説明する図である。
【図11】 従来のチップサイズパッケージを説明する図である。
【図12】 シート付きの絶縁樹脂層フィルムを採用した製造方法を説明する図である。
【図13】 シート付きの絶縁樹脂層フィルムを採用した製造方法を説明する図である。
【図14】 シート付きの絶縁樹脂層フィルムを採用した製造方法を説明する図である。
【図15】 シート付きの絶縁樹脂層フィルムを採用した製造方法を説明する図である。
【図16】 メタルポストを露出するための研磨法を説明する図である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a chip size package and a manufacturing method thereof. A chip size package (Chip Size Package) is also called a CSP, and is a generic name of packages that are equal to or slightly larger than the chip size, and is a package intended for high-density mounting. The present invention relates to improvement of moisture resistance of CSP.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in this field, generally called a BGA (Ball Grid Array), a structure having a plurality of solder balls arranged in a plane, called a fine pitch BGA, the BGA ball pitch is made narrower and the outer shape is reduced. A structure close to the chip size is known.
[0003]
Recently, there is a wafer CSP described in “Nikkei Microdevice”, August 1998, pages 44-71. This wafer CSP is basically a CSP in which wiring and array-like pads are formed by a wafer process (pre-process) before dicing a chip. With this technology, it is expected that the wafer process and the package process (post-process) are integrated, and the package cost can be greatly reduced.
[0004]
The types of wafer CSP include a sealing resin type and a rewiring type. The sealing resin mold has a structure in which the surface is covered with a sealing resin as in a conventional package, and a metal post is formed on the wiring layer on the chip surface and the periphery thereof is solidified with the sealing resin.
[0005]
Generally, when a package is mounted on a printed circuit board, it is said that the stress generated by the difference in thermal expansion coefficient from the printed circuit board is concentrated on the metal post. However, in the resin-encapsulated type, the metal post becomes longer, so the stress is dispersed. It is thought to be done.
[0006]
On the other hand, the rewiring type has a structure in which rewiring is formed without using sealing resin, as shown in FIG. That is, the Al electrode 52, the wiring layer 53, and the insulating layer 54 are laminated on the surface of the chip 51, the metal post 55 is formed on the wiring layer 53, and the solder ball 56 is formed thereon. The wiring layer 53 is used as rewiring for arranging the solder balls 56 in a predetermined array on the chip.
[0007]
In the sealing resin mold, the metal post is made as long as about 100 μm and is reinforced with the sealing resin, whereby high reliability can be obtained. However, the process of forming the sealing resin needs to be performed using a mold in a subsequent process, and the process becomes complicated.
[0008]
On the other hand, in the rewiring type, the process is relatively simple, and there is an advantage that most processes can be performed by a wafer process. However, it is necessary to relieve stress and improve reliability by some method.
[0009]
11 omits the wiring layer 53 of FIG. 10 and forms an opening through which the Al electrode 52 is exposed, and a barrier metal 58 is formed between the metal post 55 and the aluminum electrode 52 in the opening. At least one layer is formed, and a solder ball 56 is formed on the metal post 55.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in FIG. 10, a polyimide resin is applied so as to completely cover the metal post 55, the upper surface is polished after curing, the head of the metal post is exposed, and a solder ball is formed on the exposed portion. Then, dicing together with this polyimide resin was made into individual chips.
[0011]
Therefore, the side surface exposed by dicing has an interface between an insulating layer (for example, a BPSG film) formed under the Al electrode 52 and an insulating resin layer, and the hygroscopicity of the insulating layer is high. Intruded and the device deteriorated.
[0012]
Further, the insulating resin layer 54 and the Si3N4 film made of resin, the insulating resin layer 54 and the SiO2 film, etc. have different thermal expansion coefficients, so that moisture or the like enters the interface, and the insulating resin layer may peel off. there were.
[0013]
The present invention solves the above problems.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above problems. First, a first groove provided around a chip and reaching a semiconductor substrate constituting the chip;
A first insulating resin layer filling the first groove;
This is solved by providing a dicing line that is separated into individual chips by the second groove formed in the first insulating resin layer of the first groove.
[0015]
The first insulating resin layer is embedded in the first groove, and the insulating resin layer r and the passivation film, the passivation film and the interlayer insulating film, or lower layers are formed by dicing with a width narrower than the first groove. Can be protected by the insulating resin layer R. Therefore, improvement in moisture resistance and environmental resistance as a product can be realized.
Second, the problem can be solved by providing a wiring layer below the metal post, and can also be applied to a CSP employing the wiring layer.
Thirdly, the first insulating resin layer and the second insulating resin layer are made of the same material and can be covered with the first insulating resin layer including the first groove. In addition, the wafer strength due to the formation of the first groove can be maintained by embedding the first insulating resin layer.
[0016]
Fourth, the first groove can be solved by forming the semiconductor substrate by being half-cut by dicing, and can be greatly simplified as compared with the formation of the first groove by etching.
[0017]
Fifth, located around the chip including the wiring layer, forming a first groove for half-cutting the wafer,
Covering the wafer surface including the first insulating layer, the wiring layer, the metal post and the first groove with an insulating layer made of resin;
The problem is solved by leaving the insulating layer formed in the first groove and full-cutting the wafer.
[0018]
Sixth, the first groove is solved by forming it so as to reach the semiconductor substrate constituting the wafer.
[0019]
By forming the first groove and embedding the first insulating resin layer therein, the strength of the entire wafer can be maintained. Further, as shown in FIG. 9, the side surface of the first groove and the side surface after dicing Since the first insulating resin layer remains in between, the interface generated by the conventional dicing is covered with the first insulating resin layer.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described.
[0021]
In FIG. 9, reference numeral 1 is the uppermost metal (portion that also functions as a bonding pad) portion of a normal wire bonding type IC chip. An interlayer insulating film to be formed is indicated by reference numeral 2.
[0022]
In the lower layer of the contact hole C, a plurality of metals are formed, and are in contact with, for example, a transistor (a MOS type transistor or a BIP type transistor), a diffusion region, a poly-Si gate, or poly-Si.
[0023]
Here, although the present embodiment has been described in the MOS type, it goes without saying that the present embodiment can also be implemented by BIP.
[0024]
This structure is an IC generally called single layer metal, double layer metal,.
[0025]
That is, although not shown in the figure, as the number of layers increases, that is, two layers, three layers, etc., the interface between the metal and the insulating layer, and the insulating layer and another insulating layer formed above and below the lower layer of the interlayer insulating film 2 Yes, this interface is exposed in a first groove to be described later.
[0026]
Further, the passivation film is indicated by reference numeral 3. Here, the passivation film 3 is made of Si nitride film, epoxy resin, polyimide, or the like, and further, an insulating resin layer r is coated thereon. Since this insulating resin layer r can realize flatness as will be described later, the wiring layer 7 can be made flat, and the height of the solder balls is made constant. In particular, when a shrink resin with a sheet is used, when the film before curing is pressed with a plate-shaped pressurizing device, the height of the metal post 8 heads becomes uniform, so all metal post heads are pressed. Since it can contact | abut to a part, metal exposure with high precision is attained. Details will be explained in the process.
A Ti nitride film 5 is formed on the Al electrode 1.
[0027]
In the passivation film 3 and the insulating resin layer r, an opening K exposing the Ti nitride film 5 is formed, and a Cu thin film layer 6 is formed as a plating electrode (seed layer) of the wiring layer 7 here. On this, a wiring layer 7 formed by Cu plating is formed.
[0028]
A resin layer R made of resin is formed on the entire surface of the chip including the wiring layer 7. However, although omitted in the drawing, a Si 3 N 4 film may be provided at the interface between the resin layer R and the wiring layer 7 and between the resin layer R and the metal post 8.
[0029]
The resin layer R can be implemented as long as it is a thermosetting or thermoplastic resin, and an amic acid film, a polyimide resin, or an epoxy resin is particularly preferable as the thermosetting resin. Moreover, if it is a thermoplastic resin, a thermoplastic polymer (Hitachi Chemical: Hymal) etc. are preferable. The amic acid film has a shrinkage rate of 30 to 50%.
Here, the resin R is prepared using a liquid amic acid as a main material, and is spun on the entire surface of the wafer. The thickness is about 20 to 60 μm. Thereafter, the resin R is polymerized by a thermosetting reaction. The temperature is 300 ° C or higher. However, a resin composed of an amic acid before thermosetting becomes active under the above temperature, reacts with Cu, and has a problem of deteriorating its interface. However, the reaction with Cu can be prevented by coating the surface of the wiring layer with a Si3N4 film. Here, the film thickness of the Si3N4 film is about 1000 to 3000 mm.
[0030]
The Si3N4 film is an insulating film having an excellent barrier property, and the SiO2 film is inferior to the Si3N4 film in the barrier property. However, when the SiO2 film is used, it is necessary to make the film thickness thicker than the Si3N4 film. Further, since the Si3N4 film can be formed by the plasma CVD method, its step coverage is excellent and preferable. Further, since the resin layer R is coated after the metal post 8 is formed, the formation of the Si3N4 film not only prevents the reaction between the wiring layer 7 made of Cu and the resin layer mainly composed of amic acid, but also Cu The reaction between the metal post 8 made of the resin layer R and the resin layer R mainly composed of amic acid can also be prevented.
[0031]
The resin R shrinks during curing when the resin layer R in a fluid state before curing is cured, and its film thickness is greatly reduced as shown in FIG. Therefore, the surface of the resin layer R is located at the lower end of the head of the metal post 8 and the metal post 8 is exposed. Therefore, it is not necessary to scrape the resin layer R and expose the head. Further, evenly exposing the head in this polishing step requires very difficult control, but it can be easily exposed by contraction of the resin.
[0032]
In this step, of course, a resin R having a small shrinkage rate may be applied and polished to expose the head of the metal post 8 after curing.
[0033]
Therefore, the head of the metal post 8 is exposed at the end of the wiring layer 7, and a barrier metal can be formed on the head of the metal post 8. In particular, here, Ni10 and Au11 are formed by electroless plating.
[0034]
When a solder ball is formed directly on the metal post 8 made of Cu, the connection strength with the solder ball deteriorates due to oxidized Cu. Further, when Au is formed directly to prevent oxidation, Au is diffused, so Ni is inserted therebetween. Ni prevents oxidation of Cu, and Au prevents oxidation of Ni. Therefore, deterioration of the solder ball and strength are suppressed.
[0035]
A solder ball 12 is formed on the head of the metal post 8.
[0036]
Here, the difference between the solder ball and the solder bump will be described. As the solder balls, ball-shaped solder is prepared separately and fixed to the metal posts 8. The solder bumps are formed by electrolytic plating through the wiring layers 7 and the metal posts 8. The solder bump is initially formed as a film having a thickness, and is formed into a spherical shape by post heat treatment.
[0037]
Here, since the seed layer is removed in the step of FIG. 6, electrolytic plating cannot be employed, and actually solder balls are prepared.
[0038]
Finally, a first groove indicated by TC is formed around each chip prepared in a wafer state, and an insulating resin layer is embedded in the groove. Here, the same layer as the resin layer R is formed to simplify the process, but it is not necessary to be the same if the simplification of the process is not taken into consideration.
[0039]
The groove TC and the resin layer are features of the present invention, and are fully cut by a dicing blade DC that is narrower than the first groove TC. In other words, a resin layer is disposed at least between the first groove TC reaching the semiconductor substrate and the full cut line DL, and can cover the interface edge of each layer causing moisture resistance deterioration, thereby preventing element deterioration. Become.
[0040]
Generally, the wafer has a thickness of 200 to 300 μm. Further, as described above, the first groove TC only needs to reach the semiconductor substrate (Si substrate) from the substrate surface of FIG. 8, and considering the thickness of the wafer, the depth of the groove is 1 from the Si substrate. About ~ 100 μm is preferable.
[0041]
Next, the manufacturing method of the structure of FIG. 9 will be described more simply than FIG.
[0042]
First, a semiconductor substrate (wafer) on which an LSI having an Al electrode 1 is formed is prepared. Here, as described above, in the IC of the first layer metal, the second layer metal,..., For example, the source electrode and drain electrode of the transistor are formed as the first layer metal, and the Al electrode 1 in contact with the drain electrode is the second layer metal. It is formed as metal.
[0043]
Here, after forming the opening C of the interlayer insulating film 2 from which the drain electrode is exposed, an electrode material mainly made of Al and a Ti nitride film 5 are formed on the entire surface of the wafer, and the Al electrode 1 and the nitride are formed using a photoresist as a mask. The Ti film 5 is dry etched into a predetermined shape.
[0044]
Here, unlike the case where the passivation film 3 is formed and then the barrier metal is formed from above the opening C which has been opened, the TiN film as the barrier metal can be formed at one time with the photoresist, and the number of processes can be simplified. Is possible.
[0045]
The Ti nitride film 5 functions as a barrier metal for a Cu thin film layer 6 to be formed later. Moreover, attention is paid to the fact that the Ti nitride film is effective as an antireflection film. That is, it is also effective for preventing halation of a resist used in patterning. In order to prevent halation, a minimum of about 1200 to 1300 mm is required, and in order to combine this with the function of a barrier metal, about 2000 to 3000 mm is preferable. If it is formed thicker than this, stress generated due to the Ti nitride film will occur.
[0046]
Further, after the Al electrode 1 and the Ti nitride film 5 are patterned, the entire surface is covered with the passivation film 3. Here, a Si3N4 film is employed as the passivation film, but polyimide or the like is also possible. (See Figure 1 above)
Subsequently, the surface of the passivation film 3 is covered with an insulating resin layer r. Here, a positive type photosensitive polyimide film is employed as the insulating resin layer, and the insulating resin layer is covered with about 3 to 5 μm. Then, an opening K is formed.
The use of this photosensitive polyimide film eliminates the need for forming a photoresist by separately forming a photoresist in the patterning of the opening K in FIG. Can be simplified. Of course, photoresist is also possible. Moreover, this polyimide film is also used for the purpose of planarization. That is, in order for the height of the solder ball 12 to be uniform in all regions, the height of the metal post 8 needs to be uniform in all regions, and the wiring layer 7 also needs to be formed flat and with high accuracy. . Therefore, since the polyimide resin is applied and the resin has fluidity with a certain viscosity, the surface is flattened by leaving it for a desired time before curing.
[0047]
Here, the Al electrode 1 also serves as an external connection pad of the LSI, and is a portion that functions as a wire bonding pad when not formed as a chip size package composed of solder balls (solder bumps). (See Figure 2 above)
Subsequently, a Cu thin film layer 6 is formed on the entire surface. The Cu thin film layer 6 later becomes a plating electrode for the wiring layer 7 and is formed to a thickness of about 1000 to 2000 mm by sputtering, for example.
[0048]
Subsequently, for example, a photoresist layer PR1 is applied to the entire surface, and the photoresist PR1 corresponding to the wiring layer 7 is removed. (See Figure 3 above)
Subsequently, a wiring layer 7 is formed using the Cu thin film layer 6 exposed in the opening of the photoresist PR1 as a plating electrode. The wiring layer 7 needs to be formed as thick as about 2 to 5 μm in order to ensure mechanical strength. Although the plating method is used here, it may be formed by vapor deposition or sputtering.
[0049]
Thereafter, the photoresist layer PR1 is removed. (See Figure 4 above)
Subsequently, a photoresist exposing a region where the metal post 8 is to be formed is formed, and a Cu metal post 8 is formed on the exposed portion by electrolytic plating. This also uses the Cu thin film layer 6 as a plating electrode. This metal post is formed to a height of about 30 to 40 μm.
[0050]
Again, sputtering is conceivable as a method other than electrolytic plating.
[0051]
Here, there are various timings for forming the first groove TC, but the first timing may be after the formation of the metal post. Here, if the photoresist PR2 is formed so that the line of the first groove TC is exposed, dicing can be performed along the exposed portion of the TC. Further, if a photoresist that exposes only the first trench TC is separately formed, it can also be formed by etching.
[0052]
Subsequently, the photoresist is removed, and the Cu thin film layer 6 is removed using the wiring layer 7 as a mask. (See Figure 6 above)
Although the following steps are omitted in the drawing, the Si 3 N 4 film may be deposited on the entire surface including the wiring layer 7 and the metal post 8 by plasma CVD.
[0053]
This is because the uncured resin R and Cu formed in a later process react with heat. Therefore, there is a problem that this interface deteriorates. Therefore, it is necessary to cover the wiring layer 7 and the metal post 8 with this Si3N4 film. Of course, the Si3N4 film can be omitted if the interface does not deteriorate.
[0054]
If the Si 3 N 4 film is formed after the metal post 8 is formed, the wiring layer 7 and the metal post 8 can be covered. Further, it is necessary to protect the exposed side surface M together with patterning, but here, since both sides are patterned and the Si3 N4 film is coated, the side surface M is also protected together.
[0055]
As described above, the formation timing of the first trench TC may be after the Si3N4 film is formed.
[0056]
That is, since the entire surface is protected by the Si3N4 film, the first groove TC can be diced or etched in this state. Since the Si3N4 film is formed on the entire surface of the wafer, the oxidation of the metal post 8 can be prevented.
[0057]
Even when the Si3N4 film is not provided, the first groove TC needs to be formed before the resin layer R is covered because the resin layer R needs to be embedded in the first groove.
[0058]
Subsequently, the resin layer R is applied to the entire surface.
[0059]
This resin is fluid at first, and its film thickness is greatly reduced when the thermosetting reaction is completed.
[0060]
Since this resin has fluidity, flatness can be realized before curing, and because the film thickness is reduced, it is positioned at the lower end from the metal post head.
[0061]
Further, the insulating resin layers R and r have the following merits.
In general, when a viscous resin is applied with a dispenser, there is a problem that bubbles are taken in even if defoaming occurs. If sintering is performed with air bubbles taken in, there is a problem that the air bubbles burst due to a future process or use of a high temperature atmosphere on the user side.
[0062]
In this step, the viscosity is adjusted so that the film can be applied by spin-on and formed into a film thickness of about 20 to 30 μm by one spin. As a result, bubbles larger than this film thickness bounce off and disappear because the film thickness is thin. Also, bubbles smaller than this film thickness are blown out together with the resin blown to the outside by spin-on centrifugal force, and a film without bubbles can be formed.
[0063]
Further, the insulating resin layer R requires a film thickness of about 50 μm. In this case, the above-described principle can be adopted, and the insulating resin layer R can be formed by applying a plurality of times by spin-on and removing bubbles.
[0064]
Of course, you may apply | coat with a dispenser, without employ | adopting spin-on.
[0065]
Furthermore, the point of this insulating resin layer R is to shrink during curing. Generally, the resin shrinks to some extent after being cured. However, the insulating resin layer R contracts during baking, and the surface of the insulating resin layer R is positioned at the lower end than the head of the metal post 8. Therefore, since the head of the metal post 8 is exposed, the solder ball can be fixed.
[0066]
Further, in order to increase the strength of the solder ball, it is necessary to increase the exposure rate including the side surface of the metal post 8, but this can also be controlled by controlling the coating amount of the insulating resin layer R. it can.
[0067]
In addition, after curing, an extremely thin film may remain on the head of the metal post 8, but in this case, the surface may be simply polished or plasma ashed. In particular, since the height of the metal posts is uniform as described above, all the heads can be cleaned by using a flat polishing plate.
[0068]
Alternatively, after the insulating resin layer R is coated, it may be semi-cured to such an extent that it can be polished, polished to the vicinity of the head of the metal post 8, and then completely cured. In this case, since only an extremely thin film remains on the head of the metal post 8, even if the shrinkage rate of the insulating resin layer R is small, the metal post can be exposed by the shrinkage of the insulating resin layer. In other words, since the film thickness that can be disposed on the metal post 8 is determined by the shrinkage rate of the resin, if the metal post is exposed by determining whether or not to polish according to the film thickness, and how much to polish. Good.
[0069]
When the Si3N4 film is formed, the Si3N4 film is formed on the head of the metal post. In this case, the Si3N4 film is removed by wet etching, dry etching or polishing.
[0070]
Further, Ni 10 and Au are plated on the exposed metal post 8. Here, since the Cu thin film layer 6 is removed using the wiring layer 7 as a mask, electroless plating is employed, and Ni is formed with a thickness of about 1 μm and Au11 with a thickness of about 5000 mm.
[0071]
As described with reference to FIG. 16, when the insulating resin layer is applied up to the upper layer of the metal post head and polished, it is very difficult to cue the metal post. Also, since Au is the uppermost layer with a film thickness of about 5000 mm, if flat polishing is not realized, one post has Au, and another post has an insulating resin layer over Au, Another post creates a state where Au has been removed. In other words, since it also serves to oxidize Ni, there are places where the solder balls are fixed, weak, and completely impossible.
[0072]
In the present invention, since the metal post 8 is exposed, the barrier metals 10 and 11 can be formed with high accuracy, and the adhesion of the solder balls 12 is improved.
[0073]
The resin layer R has been described as a shrinkable type, but may be polished as described above. That is, the metal post 8 may be completely covered with the resin layer R and then polished until the metal post 8 is exposed. In this polishing process, since the resin layer R fills the first groove, cracks and the like can be prevented. (See Figure 7 above)
Further, although not shown in the drawing, the wafer surface is covered with a protective sheet and back-grinded as shown by an arrow to reduce the thickness of the wafer.
[0074]
Although not shown in the figure, the back surface of the wafer may be coated with a resin after back grinding. This is to prevent the wafer from being chipped due to scratches generated during back grinding, and at the same time to prevent the wafer from warping due to the shrinkage of the insulating resin layer R.
[0075]
Therefore, since the resin layer R having large shrinkage is on the surface, it is necessary to provide the resin layer R having the same thickness on the back surface. In addition, the insulating resin layer r is also considered, and it is necessary to have a film thickness that is at least as large as or thicker than that of the resin layer R, and approximately equal to the maximum resin layer R and resin layer r. Further, since dicing is performed thereafter, the protection resin formed on the back surface can be left as a product in consideration of chip chip protection and warping when the chip size is large. (See Figure 8 above)
Finally, the prepared solder balls 12 are aligned and mounted and reflowed. Then, the semiconductor substrate is divided into chips along a scribe line by a dicing process to complete a chip size package.
[0076]
Here, the timing for melting the solder is before dicing.
[0077]
This dicing is a feature of the present invention. A dicing blade DC having a width smaller than that of the first groove TC is prepared, and this is used to perform a full cut substantially at the center of the first groove. Since the first groove TC is realized by, for example, a half cut reaching the semiconductor substrate, the interface end portion of each layer formed from the semiconductor substrate to the upper layer is protected by the resin layer R and becomes a CSP. .
[0078]
As described above, the present invention has been described with the rewiring type.
[0079]
In the present application, the film F with the sheet 30 may be adopted as the insulating resin layer R.
[0080]
This will be briefly described below. FIG. 12 shows a state in which the metal post 8 is on the entire wafer, and schematically shows the configuration of FIG. As an upper layer, for example, an insulating resin layer 31 made of amic acid is applied to a Teflon sheet 30 to form a film F. In FIG. 12, the thick line is the sheet 30.
When the film F is arranged on the entire surface of the wafer and pressed against a flat press plate from above, since the insulating resin layer 31 is soft since it is not cured, all the metal posts can be covered with the insulating resin layer 31. . (See Fig. 13 above)
Further, when the film F is pressed by the press plate and the sheet 30 comes into contact with the metal post 8, the pressing is stopped. In this state, the insulating resin layer 31 is pushed between the head of the metal post and the sheet 30.
[0081]
Then, as in the previous example, heat is applied to cure. By this curing, the insulating resin layer 31 contracts, and the surface thereof is positioned at the lower end than the head of the metal post 8. In this state, the sheet 30 is attached to the state shown in FIG. (See Figure 14 above)
And if the sheet | seat 30 is peeled off like FIG. 15, the structure of FIG. 7 is realizable.
[0082]
There are two points here. One is to evacuate in the state of FIG. That is, since the film is bonded, air bubbles are mixed. Second, since the pressing is performed by the press plate, the insulating resin layer 31 between the sheet 30 and the metal post 8 can be eliminated. Therefore, if the sheet 30 is peeled off after curing, the head of the metal post 8 can be exposed.
[0083]
Even in this case, the insulating resin layer 31 may remain thinly on the head of the metal post 8, but since the amount thereof is very small, it can be completely removed by simple polishing or plasmo ashing. In addition, since the insulating resin layers r and R are employed, the entire wafer is flat, and the height of the head of the metal post 8 is uniform, the head of the metal post 8 existing over the entire wafer can be cleaned by the polishing.
[0084]
After the sheet is peeled off in FIG. 15, the process enters the barrier metal forming process of FIG.
[0085]
Although the CSP using the wiring layer shown in FIG. 10 has been described above, it can also be realized in the CSP without the wiring layer, that is, the structure of FIG. In this case, only the wiring layer is omitted, a first groove is formed around the chip, and the same material as the insulating layer is embedded in the first groove.
[0086]
【The invention's effect】
According to the present invention, first, the first insulating resin layer is embedded in the first groove, and dicing is performed with a width smaller than that of the first groove, whereby the insulating resin layer r, the passivation film, and the passivation are formed. The insulating resin layer R can protect the interface between the film and the interlayer insulating film or the lower layer. Therefore, improvement in moisture resistance and environmental resistance as a product can be realized.
[0087]
Second, it can also be applied to a CSP in which a wiring layer is provided below a metal post.
[0088]
Third, by forming the first insulating resin layer and the second insulating resin layer from the same material, the process can be simplified, and the deterioration of the wafer strength due to the formation of the first groove is also first. This can be maintained by embedding the insulating resin layer.
[0089]
Fourth, the first groove can be solved by forming the semiconductor substrate by being half-cut by dicing, and can be greatly simplified as compared with the formation of the first groove by etching.
[0090]
Fifth, the strength of the entire wafer can be maintained by forming the first groove and embedding the first insulating resin layer therein, and further, after dicing with the side surface of the first groove as shown in FIG. Since the first insulating resin layer remains between the first and second side surfaces, the interface generated by the conventional dicing is covered with the first insulating resin layer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a conventional chip size package.
FIG. 11 is a diagram illustrating a conventional chip size package.
FIG. 12 is a diagram for explaining a production method employing an insulating resin layer film with a sheet.
FIG. 13 is a diagram for explaining a production method employing an insulating resin layer film with a sheet.
FIG. 14 is a diagram for explaining a production method employing an insulating resin layer film with a sheet.
FIG. 15 is a diagram for explaining a production method employing an insulating resin layer film with a sheet.
FIG. 16 is a diagram illustrating a polishing method for exposing a metal post.

Claims (6)

ウエハ上のダイシングラインによって複数のチップに分離された半導体装置において、
前記チップ上に設けられ金属材料から成る金属電極パッドと、
前記チップ表面に設けられ前記金属電極パッドの一部を露出する開口部を有した絶縁層と、
前記ウエハに達して設けられ、側壁に前記チップの端部となる前記絶縁層および前記ウエハの一部が露出する溝と、
Cuを主材料とし、前記金属電極パッドに電気的に接続するメタルポストと、
前記メタルポストの側面を被覆するSi膜と、
前記メタルポストを含む前記チップ表面と前記溝の側壁を覆い、前記ダイシングラインに露出する熱硬化型の絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層表面から露呈する前記メタルポストに固着した半田バンプと、
を具備することを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device separated into a plurality of chips by a dicing line on the wafer,
A metal electrode pad made of a metal material provided on the chip;
An insulating layer provided on the chip surface and having an opening exposing a part of the metal electrode pad ;
A groove that is provided to reach the wafer and that exposes a part of the insulating layer and a part of the wafer on a side wall of the chip;
A metal post mainly made of Cu and electrically connected to the metal electrode pad;
A Si 3 N 4 film covering a side surface of the metal post;
A thermosetting insulating resin layer that covers the chip surface including the metal post and the sidewall of the groove and is exposed to the dicing line;
Solder bumps fixed to the metal posts exposed from the surface of the insulating resin layer;
A semiconductor device comprising:
Cuを主材料とし、前記絶縁層上に延在して前記メタルポストに接続する配線層を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。  The semiconductor device according to claim 1, further comprising a wiring layer made of Cu as a main material and extending on the insulating layer and connected to the metal post. 前記配線層の表面と前記メタルポストの側面が連続して前記Si膜で被覆されることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 2, wherein a surface of the wiring layer and a side surface of the metal post are continuously covered with the Si 3 N 4 film. 前記溝は、ダイシングにより前記ウエハがハーフカットされて成る請求項1に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the groove is formed by half-cutting the wafer by dicing. ウエハ上に複数のチップおよび金属電極パッドを形成し、前記ウエハ上に前記金属電極パッドの一部を露出する開口部を有した絶縁層を形成する工程と、
Cuを主材料とし、前記金属電極パッドと接続して前記絶縁層上に延在する配線層を形成する工程と、
Cuを主材とし、前記配線層に接続するメタルポストを形成する工程と、
前記ウエハをハーフカットし、側壁に前記チップの端部となる前記絶縁層および前記ウエハの一部が露出する溝を形成する工程と、
前記メタルポストの側面を被覆するSi膜を形成する工程と、
前記絶縁層、前記配線層および前記溝の側壁を被覆する絶縁樹脂層を形成する工程と、
前記絶縁層から露出する前記メタルポスト上部に半田ボールを形成する工程と、
前記溝の側壁を被覆する前記絶縁樹脂層を露出し、前記ウエハをフルカットする工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a plurality of chips and metal electrode pads on the wafer, and forming an insulating layer having an opening exposing a part of the metal electrode pads on the wafer;
Forming Cu as a main material and forming a wiring layer connected to the metal electrode pad and extending on the insulating layer;
Forming a metal post connected to the wiring layer using Cu as a main material;
Half-cutting the wafer, forming the insulating layer serving as the end of the chip on the side wall and a groove exposing a part of the wafer;
Forming a Si 3 N 4 film covering a side surface of the metal post;
Forming an insulating resin layer covering the insulating layer, the wiring layer, and the side wall of the groove;
Forming solder balls on top of the metal posts exposed from the insulating layer;
Exposing the insulating resin layer covering the side wall of the groove and full-cutting the wafer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記Si膜は、前記配線層表面および前記メタルポストの側面を連続して被覆することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the Si 3 N 4 film continuously covers a surface of the wiring layer and a side surface of the metal post.
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