JP3825028B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の半導体素子が形成された半導体ウエハをウエハ状態のまま樹脂で封止する技術に関するものである。

近年、電子機器の小型化の要求に伴い半導体装置の小型化がますます求められている。そこで、半導体装置の小型化を実現するための一つの方法として、半導体装置の形状を半導体素子（ＩＣチップ）に極力近づけたチップサイズパッケージ構造（ＣＳＰ構造）の半導体装置が提案されている。
このＣＳＰ構造の半導体装置は一般的には以下のような工程により形成されている。すなわち、複数の半導体素子を半導体ウエハ上に形成する工程の後、その半導体ウエハを金型内に装着し熱硬化性の樹脂でその半導体ウエハの半導体素子が形成された面を樹脂封止する工程、樹脂封止された半導体ウエハを金型から取り出して樹脂を所定の厚さだけ研磨し各半導体素子上の電極を露出させる工程、半導体ウエハを切断し個々の半導体装置に分離する工程が順に施されることにより、ＣＳＰ構造の半導体装置が得られる。露出した半導体素子の電極上に半田ボールなどの外部電極を形成することも必要により行われる。また、半導体ウエハを金型内に装着しウエハの表面を樹脂封止する工程においては、樹脂をウエハの一端から注入してウエハ全体に広げていた。

しかしながら、ＣＳＰ構造の半導体装置を得るための従来の製造方法では、半導体ウエハを金型内に装着しウエハの表面を樹脂封止する工程において、樹脂をウエハの一端から注入して全体に広げていたため、樹脂の流動経路が長かった。ウエハ表面を封止する熱硬化性樹脂は、加熱することにより一旦は溶融するが、一定の時間が経過すると再度固化する性質を持っている。このため、ウエハの一端から他端まで樹脂を流す場合、固化する前にウエハ全体に樹脂を広げるために、樹脂を短時間で全体に行き渡らせなければならず、樹脂の流動速度を上げるなどの工夫を施さなければならなかった。

本願の代表的な発明の目的は、半導体ウエハを金型内に装着しウエハの表面を樹脂封止する工程において、樹脂の流動経路を短くすることである。
上述の目的を達成するため、本願の代表的な発明では、下型に樹脂を導入するためのポットが設けられており、ウエハの略中央部から周辺部にかけて樹脂が導入される。

発明の代表的な発明では、半導体ウエハの中央部分から周辺部分にかけて樹脂を注入するため、樹脂の導入速度を遅くできる。
また、樹脂タブレットを投入するポットを下型に設けているため、樹脂タブレットのセッティングが容易になる。

以下に、実施例を示す。

本欄では発明の理解を容易にするため、代表的な要素のみが説明される。この説明に供する図面は説明の都合に応じて適宜縮尺あるいは拡大されている。
図１〜図４には本発明の実施の形態に係る半導体ウエハの樹脂封止工程が示されている。各図において、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明が省略される場合がある。

図１（ａ）において、樹脂封止装置１００は、下型２００と上型３００とにより構成される。下型２００は、チェイス２０１、キャビティブロック２０２、エジェクタプレート２０３、ポット２０４、エジェクタピン２０５、プランジャ２０６を含んでいる。下型２００および上型３００は、鉛直線上にそれぞれ配置されており、下型２００は上型３００に対して鉛直下側に配置される。
キャビティブロック２０２には、凹部２０８が設けられており、下型２００と上型３００とで挟まれた凹部２０８に対応する空間がキャビティとなる。
ポット２０４、エジェクタピン２０５は、キャビティブロック２０２に設けられた凹部２０８の底部に設けられ、キャビティブロック２０２とチェイス２０１とをそれぞれ貫通している。
キャビティブロック２０２は、チェイス２０１に固定されている。また、ポット２０４とエジェクタピン２０５はそれぞれエジェクタプレート２０３に固定されている。ポット２０４およびエジェクタピン２０５は、チェイス２０１およびキャビティブロック２０２に対して可動である。すなわち、ポット２０４およびエジェクタピン２０５は、エジェクタプレート２０３に連動してキャビティブロック２０２に対して鉛直方向に上下動を行うとともに、キャビティブロック２０２から突出可能になっている。

プランジャ２０６は、樹脂封止が開始される前は凹部２０８の底部よりも下がった位置にあり、ポット２０４内のプランジャ２０６上部には空間が形成されている。
樹脂封止するにあたっては、まず、ポット２０４内に固形の樹脂タブレット１１０を投入する。樹脂タブレット１１０は、ポット２０４の径よりも小さいものを用いる。本実施の形態では、ポット２０４をキャビティに対して鉛直方向の下側に設けている。このため、ポット２０４の径よりも小さい樹脂タブレット１１０を用いると、樹脂タブレット１１０をポット２０４内に落とし込むだけで樹脂タブレット１１０を適切な位置にセットすることができる。
例えば、ポットがキャビティに対して鉛直方向の上側に設けられている場合、ポットと同じ径の樹脂タブレットをポット内に押し込むことによりポット内に固定する必要がある。あるいは、半導体ウエハを金型内に配置した後に、半導体ウエハ上に樹脂タブレットを配置することも可能である。しかしながら、ポットと同じ径の樹脂タブレットをポット内に押し込む場合は、樹脂タブレットの径が少しでも設計値よりも大きい場合は押し込むことが困難となる。また、半導体ウエハ上に樹脂タブレットを配置する場合は、型締めする際にポットとの位置がずれると、樹脂タブレットにより半導体ウエハを破損してしまう可能性が有る。
したがって、ポットは、キャビティに対して鉛直方向の下側に配置することが望ましく、また、樹脂タブレットは、ポットの径よりも小さい径のものを用いることが望ましい。すなわち、樹脂タブレットは、重力を利用して、ポット内に落とし込む形態が望ましい。

次に、図１（ｂ）に示すように、キャビティブロック２０２の凹部２０８内に半導体ウエハ２１０を配置する。このウエハ２１０は表面に複数の集積回路が形成されている。
半導体ウエハ２１０の表面には、図６に示すように、導電ポスト２１１が形成されている。この導電ポスト２１１は、半導体ウエハ２１０に形成されている集積回路と電気的に接続されている。具体的には、集積回路と信号のやり取りを行う電極パッド２１２と、例えば銅などの導電パターン２１３により接続される。
キャビティブロック２０２には、集積回路が形成された面を下向きに半導体ウエハ２１０は配置される。すなわち、下型２００内のポット２０４と集積回路が形成された面とが向かい合う格好となる。
次に、図２（ａ）に示すように、下型２００が上昇し、半導体ウエハ２１０が上型３００と下型２００とで型締めされる。上型３００は固定されており、移動しない。型締めされることにより半導体ウエハ２０１の裏面、すなわち、集積回路が形成された面と反対側の面は実質的に全面が上型３００と密着する。半導体ウエハ２１０の表面、すなわち、集積回路が形成された面は、周囲が下型２００と密着する。具体的には、半導体ウエハ２１０の表面の周囲が下型２００の内キャビティブロック２０２と密着する。
この状態で、樹脂タブレット１１０を溶融させる。樹脂タブレット１１０は、熱硬化性の樹脂が用いられる。金型１００は、樹脂タブレット１１０を可塑化させる温度、すなわち、樹脂タブレット１１０が溶融する温度に加熱される。樹脂タブレット１１０が溶融する温度は例えば１７０℃程度である。

次に、図２（ｂ）に示すように、プランジャ２０６が上昇し、溶融した樹脂１１１が半導体ウエハ２１０の表面に充填される。樹脂１１１が半導体ウエハ２１０の表面に充填された後、プランジャ２０６により樹脂１１１は所定の圧力に保持される。樹脂１１１は溶融後、所定の時間が経過すると硬化する。硬化するまでの間、樹脂１１１はプランジャ２０６により所定の圧力が加え続けられる。
熱硬化性樹脂は熱を与え続けることにより粘度が低下して流動化し、所定時間加熱し続けると再度粘度が高まり硬化する性質を有している。この流動化してから硬化するまでの時間は、樹脂の種類により異なるが、一般的には数秒程度である。したがって、この樹脂の粘度が低下している数秒の間に半導体ウエハ２１０の表面全面に樹脂を行き渡らせなければならない。
本実施形態では、半導体ウエハ２１０の中央部分から周辺部分にかけて樹脂を注入しているため、樹脂の流れる距離が半導体ウエハ２１０の半径の長さ程度である。半導体ウエハの端から樹脂を注入する場合は、樹脂の流れる距離は最大で半導体ウエハの直径の長さとなる。したがって、同じ時間で樹脂を充填する場合、中央から注入する場合の樹脂の流れる速度は、端から注入する場合の樹脂の流れる速度の１／２で済む。さらに、中央から注入する場合は、中央から周辺にかけて樹脂が広がるため、樹脂を均等に行き渡らせることができる。
本実施形態に用いられる半導体ウエハ２１０は、表面に導電ポスト２１１が形成されている。このため、樹脂の流れる速度が速くなると、導電ポスト２１１の近傍において樹脂が空気を巻き込み、樹脂の成形後に樹脂内に気泡ができる不良が起こることがある。本実施形態においては、中央から樹脂を注入することにより、このような気泡の発生を抑制することができる。

樹脂を中央から注入する場合、樹脂が半導体ウエハ２１０内に完全に充填された後に、樹脂の表面には突起部分１１２が形成される。樹脂の表面は後の工程で研磨されるため、プランジャ２０６に対応する部分の樹脂の面と、それ以外のキャビティブロック２０２に対応する部分の樹脂の面とは同一面に形成することが望ましい。
しかしながら、樹脂タブレットの大きさのばらつきや、半導体ウエハ２１０の厚さのばらつき等により、完全に同一面にすることは困難である。もしも樹脂量が足りなくて、プランジャ２０６が半導体ウエハ２１０にあたってしまった場合、半導体ウエハ２１０が割れてしまうことがある。
このような不良を回避するために、余裕を見て大きめの樹脂タブレットを用いる必要がある。その結果、樹脂１１１には突起部分１１２が形成されてしまうのである。
次に、図３（ａ）に示すように、下型２００が下降する。このとき、半導体ウエハ２１０は上型３００から離れて、下型２００とともに下降する。
下型２００が一定距離下降すると、エジェクタプレート２０３がエジェクトロット２２０に突き当たる。
エジェクトロット２２０に突き当たった後、さらに下型２００を下降させる。チェイス２０１とキャビティブロック２０２はさらに下降するが、エジェクタプレート２０３はエジェクトロット２２０に突き当たっているためそれ以上下降できない。エジェクタピン２０５とポット２０４は、エジェクタプレート２０３に固定されているため、エジェクタピン２０５の先端とポット２０４の先端はキャビティブロック２０２から突き出す。すなわち、エジェクタピン２０５とポット２０４とは、相対的にキャビティブロック２０２に対して上昇する。これにより、樹脂封止された半導体ウエハ２１０は下型２００から引き離される。このとき、プランジャ２０６は、ポット２０４とともに、キャビティブロック２０１に対して相対的に上昇する。

ポット２０４とエジェクタピン２０５は、ともに共通のエジェクタプレート２０３に固定されているため、ポット２０４とエジェクタピン２０５とは同じ動きをする。このため、半導体ウエハ２１０はバランスよく突き上げられる。
次に、図４に示すように、下型２００が上昇する。チェイス２０１とエジェクタプレート２０３との間には図示しない例えばバネが挟まれており、このバネは、下型２００を上昇させた時にチェイス２０１とエジェクタプレート２０３との間を所定の間隔に広げる作用をする。これにより、エジェクタピン２０５とポット２０４とは、キャビティブロック２０２に対して相対的に下降し、元の位置に戻る。このとき、プランジャ２０６は動かさない。これにより、半導体ウエハ２１０の表面に形成された樹脂における突起部分１１２はプランジャ２０６によりポット２０４から押し出される。この状態で、樹脂封止された半導体ウエハ２１０を金型１００から取り出すことができる。
図５には、樹脂封止の終了した半導体ウエハ２１０が示される。図５（ａ）には上面図、図５（ｂ）には断面図が示される。
半導体ウエハ２１０の表面には硬化した樹脂１１１が形成されており、中央部には突起部分１１２が形成されている。樹脂の表面を研磨する前に、突起部分１１２を除去する。除去の方法としては、円形の回転刃１１３により切断することができる。
そして、突起部分を切断した後、図７（ｂ）に示されるように、樹脂１１１の表面を研磨刃２２１により研磨して半導体ウエハ２１０の表面に形成されている導電ポストの先端を露出させる。
突起部分１１２を除去する方法としては、研磨装置を用いて研磨することも可能である。その場合は、導電ポストの先端を露出させるための研磨よりも速い速度で研磨することが望ましい。

図７（ｃ）に示すように、必要により露出した導電ポストの先端にボール電極２２２を形成した後、円形のダイシングブレード２２３を用いて個々のチップ２２５に分割する。分割された個々のチップ２２５は、表面が樹脂で覆われた一般にチップ・サイズ・パッケージと呼ばれるものである。
このように、本願発明では、半導体ウエハ２１０の中央部分から周辺部分にかけて樹脂を導入して半導体ウエハ２１０の表面を封止しているため、樹脂が流れる経路が短くて済み、したがって、樹脂の流れる速度を遅くすることができる。このため、樹脂内の気泡の発生を抑制することができる。
また、樹脂タブレットを下型内に設けられたポットに投入する形態としているため、樹脂タブレットのセッティングが容易である。
本発明は例証的な実施態様を用いて説明されたが、この説明は限定的な意味に受け取られてはならない。この例証的な実施態様の様々な変更、並びに本発明のその他の実施態様は当業者にはこの説明を参考にすることによって明らかになるであろうと考えられる。従って、特許請求の範囲はそれら全ての変更または実施態様を本発明の真の範囲に含むものであろうと考えられる。

樹脂封止工程を示す樹脂封止装置の断面図である。 図１につづく樹脂封止工程を示す樹脂封止装置の断面図である。 図２につづく樹脂封止工程を示す樹脂封止装置の断面図である。 図３につづく樹脂封止工程を示す樹脂封止装置の断面図である。 樹脂封止後の半導体ウエハを示す平面図および断面図である。 導電ポストの形成された半導体ウエハの断面図である。 樹脂封止後の半導体ウエハを個片に分割する工程を示す図である。

符号の説明

１００ 金型
１１０ 樹脂タブレット
２００ 下型
２０１ チェイス
２０２ キャビティブロック
２０３ エジェクタプレート
２０４ ポット
２０５ エジェクタピン
２０６ プランジャ
２１０ 半導体ウエハ
３００ 上型

Claims (3)

1. 下型に設けられた樹脂導入部内に固形樹脂を投入する工程と、
   前記下型に対向する上型と該下型とにより構成されるキャビティ内に、表面に複数の半導体素子が形成された半導体ウエハを、前記ウエハの前記表面の中央に前記樹脂導入部が配置されるように挟みこむ工程と、
   前記樹脂導入部内で加熱された前記樹脂を前記キャビティ内に導入し、前記ウエハの前記表面をその中央から前記樹脂で覆う工程と、
   前記樹脂導入部に対応して形成された前記樹脂からなる突起を除去する工程と、
   前記樹脂にて封止された前記ウエハを個片に分割する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記突起を研磨した後に、前記封止樹脂の表面全体を該突起の研磨速度よりも遅い速度で研磨する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 凹部を備えた下型の、前記凹部の底部に設けられたポット内に樹脂タブレットを投入する工程と、
   表面に複数の集積回路素子が形成されたウエハの該表面の中央を前記下型の前記凹部に対向させて配置し、前記ウエハの裏面を上型により押さえつけ、前記上型と下型とにより前記ウエハを型締めする工程と、
   前記ポット内に投入された樹脂タブレットを加熱し、前記樹脂タブレットを流動化させて前記凹部と前記ウエハの表面とで形成されるキャビティ内に充填して該ウエハの該表面をその中央から該樹脂で覆う工程と、
   前記ポットに対応して形成された前記樹脂からなる突起を除去する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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