JP4185688B2 - ウェハーレベルチップスケールパッケージ及びその製造方法 - Google Patents

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    • H01L2924/3025Electromagnetic shielding

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パッケージ(package)、及びその製造方法に関するものであって、より具体的には、ウェハー状態で製造されるウェハーレベルチップスケールパッケージ(wafer level chip scale package)、及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に広く知られたように、ウェハーの薄膜成長技法により製造されたチップ(chip)を、ウェハーから切断(sawing)分離した後、分離されたチップをシールド(shield)やモールディングで外部の湿気や不純物から保護し、又、外部回路との接続のためのリードを取り付けたパッケージ形態で商品化される。
このパッケージの中、大部分の空間をチップが占める程度のスケールでモールディングされるチップスケールのパッケージは、それ自体が単一の微小素子(micro device)として商品化されて、回路基板における実装密度を高め、応用注文型集積回路(ASIC:Application Specific IC)等、各種の集積回路での集積度を高めるのに有用である。
【0003】
図1は、従来のウェハーレベルチップスケールパッケージを示す断面図である。
従来のウェハーレベルチップスケールパッケージは、図1に示すように、多数のチップパッドが形成されたウェハー状態の半導体チップ100と、半導体チップ100上にチップパッド102と接続され、延長された一部上にボールランド(図示せず)を有する金属配線と、金属配線の一部上に形成されたUBM(under−bump metallurgy)と、外部環境から前記結果物を保護するための絶縁体と、ボールランドに固着される導電性ボールとで構成されている。
【0004】
この従来のウェハーレベルチップスケールパッケージの製造方法は、図1に示すように、まず、ウェハー状態の半導体チップ100上に酸化シリコンを化学気相蒸着した後、チップパッド102が露出されるようにパターンエッチングして第1絶縁膜106を形成する。ウェハー状態の半導体チップ100は、チップパッド102及びチップパッド間に保護膜104が形成されている。
この後、第1絶縁膜106上にチタニウム(Ti)、又はバナジウム(V)等の金属をスパッタリング法により蒸着した後、チップパッド102が露出されるようにパターンエッチングして第1配線108を形成する。
【0005】
その次に、第1絶縁膜106の実装された一部分を露出させるように、パターンエッチングして第2絶縁膜110を形成する。
続いて、第2絶縁膜110上にチタニウム(Ti)、又はバナジウム(V)等の金属をスパッタリング法により蒸着した後、第2絶縁膜の露出された部位を覆うように選択的にエッチングして第2配線112を形成する。この際、第2配線112は、第1配線108を介してチップパッド102と電気的に接続され、その後の導電性ボールが固着されるボールランドとなる。
次に、第2配線112上に導電性ボール120を固着させた後、導電性ボール120を基板140に実装してパッケージ製造を完了する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような従来技術では、導電性ボールを基板に実装する場合、基板の熱膨張係数が約18ppmであり、半導体チップの熱膨張係数が約3〜4ppmであるため、前記熱膨張係数の差によって導電性ボールと接した基板及びウェハーの界面にクラックが生じるという問題点があった。
又、従来技術では、第1、第2配線形成のための金属スパッタリング工程が2回随伴されるため、パッケージ製造工程が複雑になるという問題点があった。
【0007】
従って、本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、配線形成のための金属スパッタリング工程数を短縮してパッケージ製造を単純化できるウェハーレベルチップスケールパッケージ及びその製造方法を提供することにその目的がある。
又、本発明の他の目的は、クラック発生を防止することにより、製品の信頼性を向上できるウェハーレベルチップスケールパッケージ及びその製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた、本発明によるウェハーレベルチップスケールパッケージは、 多数のチップパッド並びにチップパッドの間の部分を覆う絶縁層が形成されたウェハー状態の半導体チップと、前記チップパッドと前記絶縁層の上に前記チップパッドを露出させるようにパターニングされ、低温の熱圧着方式で貼り付けられた接着層と、前記接着層上に貼り付けたCu金属膜と、前記チップパッドが露出するようにパターニングして前記接着層に形成すると共に、前記Cu金属膜を選択的にエッチングしてチップパッドが露出するように形成した開口部と、前記金属膜を選択的にハーフエッチングして形成された配線と、前記チップパッドと前記配線とを電気的に接続するように前記開口部を充填、被覆する導電層と、前記ボールランドは露出するように、前記配線及び前記導電層を被覆するモールディング体と、前記ボールランドに固着される導電性ボールと、前記導電性ボールが実装される基板とを備え、 前記配線には、
導電性ボールが固着されるボールランドと、前記チップパッドを取り囲む金属リングと、
前記金属リングと前記ボールランドとを接続させるメタル接続配線を含むことを特徴とする。
【0009】
また、上記目的を達成するためになされた、本発明によるウェハーレベルチップスケールパッケージは、 多数のチップパッド並びにチップパッドの間の部分を覆う絶縁層が形成されたウェハー状態の半導体チップと、前記チップパッドと前記絶縁層の上に前記チップパッドを露出させるようにパターニングされ、低温の熱圧着方式で貼り付けられた接着層と、前記接着層上に貼り付けたCu金属膜と、前記チップパッドが露出するようにパターニングして前記接着層に形成すると共に、前記Cu金属膜を選択的にエッチングして前記チップパッドが露出するように形成した前記開口部と、前記金属膜を選択的にハーフエッチングして形成された配線と、前記チップパッドと前記配線とを電気的に接続するように前記開口部を充填、被覆する前記導電層と、前記ボールランドは露出するように、前記配線及び前記導電層を被覆する前記モールディング体と、前記ボールランドが実装される基板と、前記ボールランドと前記基板との間に介在されるソルダーペーストとを備え、前記配線には、導電性ボールが固着されるボールランドと、前記チップパッドを取り囲む金属リングと、前記金属リングと前記ボールランドとを接続させるメタル接続配線を含むことを特徴とする。
【0010】
上記目的を達成するためになされた、本発明によるウェハーレベルチップスケールパッケージの製造方法は、ウェハー状態の半導体チップに多数のチップパッド並びにチップパッドの間の部分を覆う絶縁層を形成する段階と、前記チップパッドを露出させるように接着層にパターニングし、パターニングされた前記接着層を、前記チップパッドと前記絶縁層の上に、低温の熱圧着方式で貼り付ける段階と、前記接着層上にCu金属膜を貼り付ける段階と、前記チップパッドが露出するようにパターニングして前記接着層に形成すると共に、前記Cu金属膜を選択的にエッチングして前記チップパッドが露出するように前記開口部を形成する段階と、前記金属膜を選択的にハーフエッチングして配線を形成する段階と、前記チップパッドと前記配線とを電気的に接続するように前記開口部を充填、被覆する導電層を形成する段階と、前記ボールランドは露出するように、前記配線及び導電層を被覆するモールディング体を形成する段階と、前記ボールランド上にソルダーペーストを塗布して導電性ボールを固着させる段階と、前記導電性ボールを基板上に実装する段階とを備え、前記配線を形成する段階は、導電性ボールが固着されるボールランドを形成する段階と、前記チップパッドを取り囲む金属リングを形成する段階と、
前記金属リングと前記ボールランドとを接続させるメタル接続配線を形成する段階を含むことを特徴とする。
【0011】
また、上記目的を達成するためになされた、本発明によるウェハーレベルチップスケールパッケージの製造方法は、 ウェハー状態の半導体チップに多数のチップパッド並びにチップパッドの間の部分を覆う絶縁層を形成する段階と、前記チップパッドを露出させるように接着層にパターニングし、パターニングされた前記接着層を、前記チップパッドと前記絶縁層の上に、低温の熱圧着方式で貼り付ける段階と、前記接着層上にCu金属膜を貼り付ける段階と、前記チップパッドが露出するようにパターニングして前記接着層に形成すると共に、前記Cu金属膜を選択的にエッチングして前記チップパッドが露出するように前記開口部を形成する段階と、前記金属膜を選択的にハーフエッチングして配線を形成する段階と、前記チップパッドと前記配線とを電気的に接続するように前記開口部を充填、被覆する導電層を形成する段階と、前記ボールランドは露出するように、前記配線及び導電層を被覆するモールディング体を形成する段階と、基板上にソルダーペーストを介在させ前記ボールランドを実装する段階と、前記ボールランドを基板上に実装する段階とを備え、前記配線を形成する段階は、導電性ボールが固着されるボールランドを形成する段階と、前記チップパッドを取り囲む金属リングを形成する段階と、前記金属リングと前記ボールランドとを接続させるメタル接続配線を形成する段階を含むことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかるウェハーレベルチップスケールパッケージ及びその製造方法の実施の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
図2は、本発明の第1の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージの断面図であり、図3〜図9は、第1の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージの製造工程を説明するための断面図である。
【0013】
本発明の第1の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージは、図2に示すように、多数のチップパッド202が形成されたウェハー状態の半導体チップ200と、半導体チップ200上にチップパッド202を露出させるように形成された接着層206と、接着層206上にチップパッド202が露出するように設けられた開口部214と、延長された一部上にボールランド210を有するように形成された配線209と、チップパッド202と配線209とを電気的に接続するように開口部214を充填、被覆する導電層216と、ボールランド210は露出するように、配線209及び導電層216を被覆するモールディング体230と、ボールランド210に固着される導電性ボール220とで構成される。
【0014】
ここで、配線209は、図10及び図11に示すように、チップパッド202が露出する開口部214と、開口部214をリング形状にして取り囲む金属リング(metal ring)203と、延長された一部上に形成されたボールランド210と、金属リング203とボールランド210を接続させる接続配線212とでなる。
【0015】
図3乃至図9は、本発明の第1の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージの製造工程を説明するための断面図である。
上述の構成を有する本発明の第1の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージの製造方法は、図3に示すように、ウェハー状態の半導体チップ200上にチップパッド202を露出させるようにパターニングされた接着層206を、低温の熱圧着方式で貼り付ける。この時、接着層206では、ポリイミド(polyimide)系列の樹脂が利用される。
【0016】
又、ウェハー状態の半導体チップ200には、多数のチップパッド202並びにチップパッド202の間の部分を覆う絶縁層204が形成されている。
次に、接着層206上にCu金属膜208を貼り付ける。
続いて、図4及び図10に示すように、Cu金属膜208を選択的にエッチングしチップパッド202を露出させる開口部214を形成する。
【0017】
接着層208は、低温圧着方式により形成されるので、配線形成用Cu金属膜208は、熱による収縮等の影響を受けない。
この後、図5に示すように、Cu金属膜を選択的にハーフエッチング(half etching)して配線209を形成する。
前記配線209には、図11に示すように、以後の工程を経て形成される導電性ボールが固着されるボールランド210と、チップパッド202を取り囲む金属リング203と、金属リング203とボールランド210とを接続させるメタル接続配線212が各々パターニングされる。
【0018】
続いて、図6に示すように、ソルダー注入装置250を利用して開口部214にソルダーを詰めてソルダー層214を形成する。
この後、図7に示すように、ソルダー層214をリフローしてチップパッド202と配線209とを接続させる導電層216を形成する。
【0019】
次に、図8に示すように、配線209及び導電層216を含んだ結果物を覆うように液状封止材をスピンコーティングした後、ボールランド210を露出させるようにパターンエッチングしモールディング体230を形成する。モールディング体230は、ボールランド210と隣り合うボールランド間の部分(配線209及び導電層216を含んだ部分)が平坦な形状を有する。
【0020】
続いて、ボールランド210にソルダーボール等の導電性ボール220を固着した後、図9に示すように、導電性ボール220を基板240に実装してパッケージ製造を完了する。
この時、基板240と導電性ボール220との間にはメッキ層238が備えられている。
【0021】
図12は、本発明の第2の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージの断面図である。
本発明の第2の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージは、図12に示すように、多数のチップパッド302が形成されたウェハー状態の半導体チップ300と、半導体チップ300上にチップパッド302を露出させるように形成された接着層306と、接着層306上にチップパッド302が露出するように設けられた開口部314と、延長された一部上にボールランド310を有するように形成された配線309と、チップパッド302と配線309とを電気的に接続するように開口部314を充填、被覆する導電層316と、ボールランド310は露出するように、配線309及び導電層316を被覆し、ボールランド310とボールランドとの間の部分(ボールランド間の配線309及び導電層316を被覆する空間)が膨らむ凸面形状を有するモールディング体330と、ボールランド310に固着される導電性ボール320と、基板340と導電性ボール320との間に介在されたメッキ層338で構成される。
【0022】
前記構成を有する本発明の第2の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージの製造方法は、モールディング体330をスピンコーティングした後、ボールランド310とボールランドとの間の部分(ボールランド間の配線309及び導電層316を被覆する空間)が凸面形状を有するように形成することと、ソルダーペースト338を基板340と導電性ボール320との間に介在させることを除いて本発明の第1の実施例と同様である。
前記モールディング体は、ボールランド310とボールランドとの間の部分(ボールランド間の配線309及び導電層316を被覆する空間)が凸面形状を有するようにモールディング物質をスピンコーティング及びドッティング処理を順次に進行して形成する。
また、基板340と導電性ボール320との間にソルダーペースト338を介在させることによって基板340と導電性ボール320との間の付着力を強化させるだけでなく、パッケージの厚さを調節することができる。
【0023】
図13は、本発明の第3の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージの断面図である。
本発明の第3の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージは、図13に示すように、多数のチップパッド402が形成されたウェハー状態の半導体チップ400と、半導体チップ400上にチップパッド402を露出させるように形成された接着層406と、接着層406上にチップパッド402が露出するように設けられた開口部414と、延長された一部上にボールランド410を有するように形成された配線409と、チップパッド402と配線409とを電気的に接続するように開口部414を充填、被覆する導電層416と、ボールランド410は露出するように、配線409及び導電層416を被覆するモールディング体430と、ボールランド410が固着される基板440と、ボールランド410と基板440との間に介在されるソルダーペースト438とで構成される。
【0024】
上述の構成を有する本発明の第3の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージの製造方法は、導電性ボールを使用せずにボールランド410を直接に基板440に実装し、ソルダーペースト438をボールランド410と基板440との間に介在させることを除外しては、本発明の第1及び第2の実施例と同様である。又、ボールランド410はメッキ処理されたものである。
【0025】
【発明の効果】
上述のように、本発明は、基板上に接着層を介在させて配線形成用Cu金属膜を貼り付けることにより、配線の厚さの制御が容易であり、別のスパッタリング工程が不要であり、パッケージ製造工程が単純化され、又、接着層の厚さを厚くしてソルダージョイントの信頼性を確保することができる。
又、本発明は、接着層を低温圧着方式で形成するので配線用Cu金属膜が熱により収縮される現状が防止される。
さらに、本発明では、基板と導電性ボールとの間にソルダーペーストを介在させてCu金属膜を十分厚く形成することができるので、クラック発生が防止される。
そして、本発明では、チップパッドと接続される導電層をソルダー射出方式で形成することにより、高い電気特性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のウェハーレベルチップスケールパッケージを示す断面図である。
【図2】本発明の第1の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージの断面図である。
【図3】本発明の第1の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージの製造工程を説明するための断面図である。
【図4】本発明の第1の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージの製造工程を説明するための断面図である。
【図5】本発明の第1の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージの製造工程を説明するための断面図である。
【図6】本発明の第1の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージの製造工程を説明するための断面図である。
【図7】本発明の第1の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージの製造工程を説明するための断面図である。
【図8】本発明の第1の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージの製造工程を説明するための断面図である。
【図9】本発明の第1の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージの製造工程を説明するための断面図である。
【図10】本発明の第1の実施例による配線の製作過程を示す斜視図である。
【図11】本発明の第1の実施例による配線の製作過程を示す斜視図である。
【図12】本発明の第2の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージの断面図である。
【図13】本発明の第2の実施例によるウェハーレベルチップスケールパッケージの断面図である。
【符号の説明】
200、300、400 半導体チップ
202、302、402 チップパッド
203、 金属リング
204、304、404 絶縁層
206、306、406 接着層
208 Cu金属膜
209、309、409 配線
210、310、410 ボールランド
212 接続配線
214、314、414 開口部
215 ソルダー
216、316、416 導電層
220、320、420 導電性ボール
230、330、430 モールディング体
240、340、440 基板
250 ソルダー注入装置
238 メッキ層
338、438 ソルダーペースト

Claims (15)

  1. 多数のチップパッド並びにチップパッドの間の部分を覆う絶縁層が形成されたウェハー状態の半導体チップと、
    前記チップパッドと前記絶縁層の上に前記チップパッドを露出させるようにパターニングされ、低温の熱圧着方式で貼り付けられた接着層と、
    前記接着層上に貼り付けたCu金属膜と、前記チップパッドが露出するようにパターニングして前記接着層に形成すると共に、前記Cu金属膜を選択的にエッチングしてチップパッドが露出するように形成した開口部と、
    前記金属膜を選択的にハーフエッチングして形成された配線と、
    前記チップパッドと前記配線とを電気的に接続するように前記開口部を充填、被覆する導電層と、前記ボールランドは露出するように、前記配線及び前記導電層を被覆するモールディング体と、前記ボールランドに固着される導電性ボールと、前記導電性ボールが実装される基板を備え
    前記配線には、導電性ボールが固着されるボールランドと、前記チップパッドを取り囲む金属リングと、前記金属リングと前記ボールランドとを接続させるメタル接続配線を含むことを特徴とするウェハーレベルチップスケールパッケージ。
  2. 前記配線は、前記開口部を取り囲む前記金属リングと、前記金属リングと前記ボールランドとを接続させる前記メタル接続配線とでなることを特徴とする請求項1に記載のウェハーレベルチップスケールパッケージ。
  3. 前記導電層の材質は、ソルダーであることを特徴とする請求項1に記載のウェハーレベルチップスケールパッケージ。
  4. 前記基板と前記導電性ボールとの間に介在されるメッキ層をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のウェハーレベルチップスケールパッケージ。
  5. 前記基板と前記導電性ボールとの間に介在されるソルダーペーストをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のウェハーレベルチップスケールパッケージ。
  6. 多数のチップパッド並びにチップパッドの間の部分を覆う絶縁層が形成されたウェハー状態の半導体チップと、
    前記チップパッドと前記絶縁層の上に前記チップパッドを露出させるようにパターニングされ、低温の熱圧着方式で貼り付けられた接着層と、
    前記接着層上に貼り付けたCu金属膜と、
    前記チップパッドが露出するようにパターニングして前記接着層に形成すると共に、前記Cu金属膜を選択的にエッチングして前記チップパッドが露出するように形成した前記開口部と、
    前記金属膜を選択的にハーフエッチングして形成された配線と、
    前記チップパッドと前記配線とを電気的に接続するように前記開口部を充填、被覆する前記導電層と、前記ボールランドは露出するように、前記配線及び前記導電層を被覆する前記モールディング体と、前記ボールランドが実装される基板と、前記ボールランドと前記基板との間に介在されるソルダーペーストとを備え
    前記配線には、導電性ボールが固着されるボールランドと、前記チップパッドを取り囲む金属リングと、前記金属リングと前記ボールランドとを接続させるメタル接続配線を含むことを特徴とするウェハーレベルチップスケールパッケージ。
  7. 前記配線は、前記開口部を取り囲む前記金属リングと、前記金属リングと前記ボールランドとを接続させる前記メタル接続配線とでなることを特徴とする請求項6に記載のウェハーレベルチップスケールパッケージ。
  8. ウェハー状態の半導体チップに多数のチップパッド並びにチップパッドの間の部分を覆う絶縁層を形成する段階と、
    前記チップパッドを露出させるように接着層にパターニングし、パターニングされた前記接着層を、前記チップパッドと前記絶縁層の上に、低温の熱圧着方式で貼り付ける段階と、
    前記接着層上にCu金属膜を貼り付ける段階と、
    前記チップパッドが露出するようにパターニングして前記接着層に形成すると共に、前記Cu金属膜を選択的にエッチングして前記チップパッドが露出するように前記開口部を形成する段階と、
    前記金属膜を選択的にハーフエッチングして配線を形成する段階と、
    前記チップパッドと前記配線とを電気的に接続するように前記開口部を充填、被覆する導電層を形成する段階と、前記ボールランドは露出するように、前記配線及び導電層を被覆するモールディング体を形成する段階と、前記ボールランド上にソルダーペーストを塗布して導電性ボールを固着させる段階と、前記導電性ボールを基板上に実装する段階とを備え
    前記配線を形成する段階は、導電性ボールが固着されるボールランドを形成する段階と、
    前記チップパッドを取り囲む金属リングを形成する段階と、前記金属リングと前記ボールランドとを接続させるメタル接続配線を形成する段階を含むことを特徴とするウェハーレベルチップスケールパッケージの製造方法。
  9. 前記ボールランドの形成時、前記開口部を取り囲む金属リングと、前記金属リングと前記ボールランドとを接続させる接続配線とを形成する段階をさらに有することを特徴とする請求項8に記載のウェハーレベルチップスケールパッケージの製造方法。
  10. 前記導電層は、前記開口部にソルダーを射出方式で詰めて形成することを特徴とする請求項8に記載のウェハーレベルチップスケールパッケージの製造方法。
  11. 前記モールディング体は、スピンコーティング方式で形成することを特徴とする請求項8に記載のウェハーレベルチップスケールパッケージの製造方法。
  12. 前記モールディング体は、前記ボールランド間の前記配線及び導電層を被覆する空間を、モールディング物質をスピンコーティング及びドッディング処理を順次に実行して凸面状に形成することを特徴とする請求項8に記載のウェハーレベルチップスケールパッケージの製造方法。
  13. ウェハー状態の半導体チップに多数のチップパッド並びにチップパッドの間の部分を覆う絶縁層を形成する段階と、
    前記チップパッドを露出させるように接着層にパターニングし、パターニングされた前記接着層を、前記チップパッドと前記絶縁層の上に、低温の熱圧着方式で貼り付ける段階と、
    前記接着層上にCu金属膜を貼り付ける段階と、
    前記チップパッドが露出するようにパターニングして前記接着層に形成すると共に、前記Cu金属膜を選択的にエッチングして前記チップパッドが露出するように前記開口部を形成する段階と、
    前記金属膜を選択的にハーフエッチングして配線を形成する段階と、
    前記チップパッドと前記配線とを電気的に接続するように前記開口部を充填、被覆する導電層を形成する段階と、前記ボールランドは露出するように、前記配線及び導電層を被覆するモールディング体を形成する段階と、基板上にソルダーペーストを介在させ前記ボールランドを実装する段階と、前記ボールランドを基板上に実装する段階とを備え
    前記配線を形成する段階は、導電性ボールが固着されるボールランドを形成する段階と、
    前記チップパッドを取り囲む金属リングを形成する段階と、前記金属リングと前記ボールランドとを接続させるメタル接続配線を形成する段階を含むことを特徴とするウェハーレベルチップスケールパッケージの製造方法。
  14. 前記導電層は、前記開口部にソルダーを射出方式で詰めて形成することを特徴とする請求項13に記載のウェハーレベルチップスケールパッケージの製造方法。
  15. 前記モールディング体は、前記ボールランド間の前記配線及び導電層を被覆する空間を、モールディング物質をスピンコーティング処理して平面状に形成することを特徴とする請求項13に記載のウェハーレベルチップスケールパッケージの製造方法。
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