JP4408748B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関するもので、詳しくは、チップサイズパッケージ型の半導体装置の製造方法に関するものである。

従来、新規に開発されたデバイスを試験する場合、被測定デバイスの形状に合わせたＩＣソケットが用いられていた。ＩＣソケットは、被測定デバイスと電気的に接触するものであって、周辺装置と被測定デバイスとの電気信号の伝達手段としての役割を果たすものである。

ＩＣソケット、被測定デバイス、およびＩＣソケットと被測定デバイスとの接続関係について図１３、図１４、および図１５を用いて説明する。

図１３は、被測定デバイス１、ＩＣソケット３、および回路基板５の接続関係を示す実装断面図である。ＩＣソケット３は、複数の接触子３ａを備えており、この接触子３ａによって回路基板５に半田付けされている。被測定デバイス１は、押さえ部７によって押下され、ＩＣソケット３の接触子３ａと電気的に接続される。

図１４は、被測定デバイス１を電極が形成される面から見た斜視図である。ここで、被測定デバイス１は、チップサイズでパッケージングされた、いわゆるＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）デバイスである。被測定デバイス１は、電気信号の入出力および電源供給のための複数の電極１ａを備えている。ＩＣソケット３に備えられた各接触子３ａは、対応する電極１ａと接触するように配置されている。

図１５は、被測定デバイス１およびＩＣソケット３が搭載された回路基板５を上面から見た平面図である。回路基板５は、接続端子５ａ、５ｂを介して、ＩＣテスタ、バーンイン装置等の周辺装置（図示せず。）と電気信号の伝達が可能とされている。

被測定デバイス１、ＩＣソケット３、および回路基板５が以上のように配置されることによって、周辺装置から接続端子５ａ、５ｂを介して回路基板５に入力された電気信号および電源電圧は、ＩＣソケット３の接触子３ａを経由して、電極１ａから被測定デバイス１に供給されることになる。また、被測定デバイス１から出力された電気信号は、逆の経路をたどり、周辺装置に達する。このように電気的に接続されることによって、被測定デバイス１の機能試験が可能となる。

以上のようにＩＣソケットを用いる他、特にウェハレベルのデバイスの機能試験を行う場合には、そのデバイスの信号入出力電極および電源用電極であるウェハパッドに対してプローブ針を接触させる方法が採られている。

このプロープ針による機能試験では、ウェハとプローブ針の接触回数が多くなるため、プローブ針の接触耐久性が問題となる。プローブ針の接触耐久性が低い場合、機能試験にかかるコストが増加し、結果的にデバイスそのものの価格を押し上げることになる。このため、一般的に、プローブ針の材料として硬度の高いタングステンまたはベリリウム銅等が用いられる。

プローブ針１１が備えられたプローブカード１３を図１６に示す。このプローブカード１３は、被測定デバイスに応じた所定の回路がプリントされており、接続端子１３ａ、１３ｂを介して、周辺装置（図示せず。）と電気信号の伝達が可能とされている。

プローブカード１３と被測定デバイスであるウェハ１５との位置関係を図１７に示す。周辺装置から供給される電気信号は、接続端子１３ａ、１３ｂからプローブカード１３に入力され、プローブカード１３に形成された回路を経由し、プローブ針１１に達する。そして、プローブ針１１からウェハ１５に形成されたパッドに対して電気信号が印加される。また、ウェハ１５から出力された電気信号は、逆の経路をたどり、周辺装置に達する。以上の構成によって、ウェハ１５の機能試験が可能となる。

ところで、ＩＣソケットによる機能試験、および、プローブ針による機能試験は、それぞれ以下の課題を抱えていた。

現在のＩＣソケットの接触子の最小ピッチは、一般的に０．６５ｍｍとされている。一方、ＣＳＰに代表されるように、近年、パッケージサイズが縮小化されており、これに伴いデバイスの電極ピッチは、１．２７ｍｍから０．８ｍｍ、０．５ｍｍへ移行している。このように、デバイスの電極ピッチが狭まることによって、ＩＣソケットの接触子のピッチも狭小化させる必要がある。

しかし、ＩＣソケットの接触子のピッチを０．６５ｍｍ以下に狭めるためには、ＩＣソケットの加工精度を高める必要がある。この場合、ＩＣソケットの製造コストの上昇は避けられず、結果的にデバイスの価格の高騰に繋がるおそれもあった。

また、ＩＣソケットのボディサイズの関係から、回路基板に搭載可能なＩＣソケットの個数に制限が生じていた。回路基板に搭載されるＩＣソケットの個数が制限されることによって、一度に機能試験することが可能なデバイスの個数も制限されることになる。すなわち、従来のＩＣソケットによるデバイスの機能試験は、必ずしも効率のよいものではなかった。

プローブ針による機能試験の効率化を図るためには、プローブカードに実装するプローブ針の本数を増やし、同時に多くのデバイスを試験することが望ましい。しかし、プローブ針は、従来、プローブカードに対して樹脂等で固定されており、広い固定スペースが必要となることから、プローブカードのサイズを増大させることなくプローブ針の本数を増加させることは困難であった。

また、デバイスの高集積化が進んでおり、プローブ針が接触するデバイスのパッドのピッチは狭小化している。このようにパッドのピッチが狭まることに伴い、プローブカードに実装されるプローブ針のピッチも狭める必要がある。しかし、従来の構成では、プローブ針のピッチを狭めることは困難であった。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ファインピッチの電極を有する半導体デバイスの製造が可能であり、多数の半導体デバイスを一括して試験することが可能な工程を含む半導体装置の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、半導体ウェハを準備する工程と、ウェハ表面を樹脂で封止する工程と、この樹脂封止されたウェハを半導体デバイス試験装置に固定する工程と、半導体デバイス試験装置に固定された樹脂封止ウェハをバーンイン試験する工程と、このバーンイン試験後、ウェハを個々のチップサイズパッケージ型半導体装置に分割する工程と、を含む半導体装置の製造方法である。固定工程は、複数の貫通孔が形成された押さえ板によりウェハを半導体デバイス試験装置に押さえつけることを含み、複数の貫通孔は、バーンイン試験をする工程において半導体ウェハを循環対流する空気にさらすことを可能とするものであることを特徴とする。ウェハ表面を樹脂封止する工程は、樹脂封止されたウェハにボール電極を形成する工程を含むことを特徴とする。固定工程は、ボール電極が半導体デバイス試験装置と電気的に接続された異方性導電ゴムに接することにより、ボール電極が半導体デバイス試験装置と電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、ファインピッチの電極を有する半導体デバイスの試験を容易かつ低コストで行うことが可能となる。また、半導体デバイスの試験に対する耐久性を向上させることが可能となる。さらに、多数の半導体デバイスを一括して試験することが可能となり、試験の効率化が実現する。

以下に添付図面を参照しながら、本発明にかかる半導体装置の製造方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明および添付された図面において、略同一の機能および構成を有する構成要素については、同一符号を付することによって重複説明を省略する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置ｅ７は、図１に示すように、回路基板３０３、フィルム３０５、位置決め板３０７、および押さえ板３０９を含む構成を有するものである。

回路基板３０３は、接続端子３０３ａ、３０３ｂによって周辺装置（図示せず。）に接続され、各種電気信号および電源電圧が入出力可能とされている。例えば、回路基板３０３として多層基板が用いられる。

フィルム３０５、位置決め板３０７、および押さえ板３０９は、それぞれ基準穴３０５ａ、３０７ａ、３０９ａを四隅に備えており、ピン３１１によって回路基板３０３に固定される。

位置決め板３０７は、位置決め部としての貫通孔３０７ｂを備えており、被測定ウェハ４０１の位置合わせが可能とされている。この貫通孔３０７ｂは、被測定ウェハ４０１の外形に合わせて形成されている。

押さえ板３０９には、複数の通気用貫通孔３０９ｂが形成されている。例えば、被測定ウェハ４０１に対してバーンイン（ｂｕｒｎ−ｉｎ）を行う場合、被測定ウェハ４０１を循環対流する空気にさらすことが可能となる。なお、バーンイン以外では、これらの通気用貫通孔３０９ｂを省略してもよい。

第１の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置ｅ７による各種機能試験の対象となる被測定ウェハ４０１について、図２を用いて説明する。

被測定ウェハ４０１は、樹脂コーティングされており、最終的には複数のＣＳＰデバイス４１１に分割されるものである。図２におけるＣＳＰデバイス４１１のＡ−Ａ'断面を図３に示す。デバイスボディ４１１ａの表面には、複数の電極４１１ｂが備えられている。ここで、各電極４１１ｂは、表面がフラットである、いわゆるランドタイプ（ＬＧＡ）とされている。

図４は、第１の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置ｅ７、および、各種機能試験のためこの半導体デバイス試験装置ｅ７に組み込まれる直前の被測定ウェハ４０１の状態を示す断面図である。押さえ板３０９には、被測定ウェハ４０１に対向する位置に緩衝材３１３が備えられている。そして、回路基板３０３、フィルム３０５、および位置決め板３０７は、図４に示すように、予め組み立てて一体としておくことが好ましい。

そして、被測定ウェハ４０１は、図５に示すように、第７の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置ｅ７に組み込まれる。被測定ウェハ４０１は、位置決め板３０７の貫通孔３０７ｂに挿入されており、押さえ板３０９によって、フィルム３０５に押さえ付けられている。そして、押さえ板３０９に備えられている緩衝材３１３によって、押さえ板３０９からの圧力は、被測定ウェハ４０１に対して、均等かつ適正に与えられる。また、フィルム３０５は、押さえ板３０９からの圧力によって回路基板３０３に押さえ付けられている。

被測定ウェハ４０１、フィルム３０５、および回路基板３０３の接続について、図５を拡大した図６を用いて説明する。

回路基板３０３には、被測定ウェハ４０１の複数の電極４１１ｂに対向する位置に複数の電極３０３ｃが形成されている。

フィルム３０５の被測定ウェハ４０１側の面には、被測定ウェハ４０１の複数の電極４１１ｂに対向する位置にバンプ３０５ｂが形成されている。このバンプ３０５ｂは、電源電圧の供給および各種電気信号の入出力が可能な端子であって、電解メッキによって半球状に形成されたものである。例えば、銅によって形成され、表面が金メッキ処理される。その他、これの代わりにエッチングによって突起部を形成するようにしてもよい。

フィルム３０５の回路基板３０３側の面には、回路基板３０３の複数の電極３０３ｃに対向する位置に、電極（ランド）３０５ｃが形成されている。そして、フィルム３０５の異なる面に形成されたバンプ３０５ｂと電極３０５ｃは、貫通孔３０５ｄを介して電気的に接続されている。

被測定ウェハ４０１の機能試験を行う場合、周辺装置（図示せず。）から出力された各種電気信号および電源電圧は、接続端子３０３ａ、３０３ｂから回路基板３０３に入力され、回路基板３０３に形成された配線回路を経由して、電極３０３ｃに達する。このとき、図５、図６に示すように、電極３０３ｃは、フィルム３０５に形成されている電極３０５ｃ、バンプ３０５ｂを介して、被測定ウェハ４０１に形成されている電極４１１ｂに電気的に接続されている。したがって、周辺装置から出力された各種電気信号および電源電圧は、被測定ウェハ４０１に供給され、被測定ウェハ４０１は、電気的に駆動されることになる。また、被測定ウェハ４０１から出力された各種電気信号は、フィルム３０５に形成されたバンプ３０５ｂおよび電極３０５ｃを経由して、電極３０３ｃから回路基板３０３に取り込まれ、更に周辺装置へ送出されることになる。

以上のように第１の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置ｅ７によれば、機械加工によって形成される接触子が存在しないため、被測定ウェハ４０１に形成されている複数の電極４１１ｂのピッチの狭小化に対応可能となる。例えば、電極４１１ｂのピッチが０．５ｍｍ以下であっても、被測定ウェハ４０１に対する機能試験を実施することが可能である。

また、第１の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置ｅ７によれば、チップに分割することなくウェハレベルでの各種機能試験が可能となる。したがって、チップ毎にＩＣソケットを用意する必要がないため、ＩＣソケットにかかるコストが削減されることになる。

さらに、第１の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置ｅ７は、樹脂コーティングされたＣＳＰレベルウェハに対応しており、この半導体デバイス試験装置ｅ７を従来のテスト／モニタバーンイン装置に組み込むことで、一括テスト／バーンインが可能となる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置ｅ８は、図７に示すように、回路基板３０３、フィルム３０６、ゴムシート３３１、位置決め板３０７、および押さえ板３０９を含む構成を有するものである。すなわち、第８の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置ｅ８は、第１の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置ｅ７に対して、フィルム３０５がフィルム３０６に置き換えられ、ゴムシート３３１が追加された構成を有するものである。

フィルム３０６およびゴムシート３３１は、それぞれ基準穴３０６ａ、３３１ａを四隅に備えており、位置決め板３０７および押さえ板３０９と共にピン３１１によって回路基板３０３に固定される。

位置決め板３０７は、位置決め部としての貫通孔３０７ｂを備えており、被測定ウェハ４０２の位置合わせが可能とされている。この貫通孔３０７ｂは、被測定ウェハ４０２の外形に合わせて形成されている。

第２の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置ｅ８による各種機能試験の対象となる被測定ウェハ４０２について、図８を用いて説明する。

被測定ウェハ４０２は、前出の被測定ウェハ４０１と同様に、樹脂コーティングされており、最終的には複数のＣＳＰデバイス４１２に分割されるものである。図８におけるＣＳＰデバイス４１２のＢ−Ｂ'断面を図９に示す。デバイスボディ４１２ａの表面には、複数の電極４１２ｂが備えられている。ここで、各電極４１２ｂはボールタイプであり、ＣＳＰデバイス４１２は、ＢＧＡとして構成されている。

図１０は、第２の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置ｅ８、および、各種機能試験のためこの半導体デバイス試験装置ｅ８に組み込まれる直前の被測定ウェハ４０２の状態を示す断面図である。押さえ板３０９には、被測定ウェハ４０２に対向する位置に緩衝材３１３が備えられている。そして、回路基板３０３、フィルム３０６、ゴムシート３３１、および位置決め板３０７は、図１０に示すように、予め組み立てて一体としておくことが好ましい。

そして、被測定ウェハ４０２は、図１１に示すように、第２の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置ｅ８に組み込まれる。被測定ウェハ４０２は、位置決め板３０７の貫通孔３０７ｂに挿入されており、押さえ板３０９によって、ゴムシート３３１に押さえ付けられている。そして、押さえ板３０９に備えられている緩衝材３１３によって、押さえ板３０９からの圧力は、被測定ウェハ４０２に対して、均等かつ適正に与えられる。また、ゴムシート３３１は、押さえ板３０９からの圧力によってフィルム３０６に押さえ付けられ、さらに、フィルム３０６は、回路基板３０３に押さえ付けられている。

被測定ウェハ４０２、ゴムシート３３１、フィルム３０６、および回路基板３０３の接続について、図１１を拡大した図１２を用いて説明する。

被測定ウェハ４０２は、上述の通りＢＧＡであり、複数の半田ボールが電極４１２ｂとして配置されている。

回路基板３０３には、被測定ウェハ４０２の複数の電極４１２ｂに対向する位置に複数の電極３０３ｃが形成されている。

フィルム３０６のゴムシート３３１側の面には、電極３０６ｂが形成されている。フィルム３０６の回路基板３０３側の面には、回路基板３０３の複数の電極３０３ｃに対向する位置に、電極３０６ｃが形成されている。そして、フィルム３０６の異なる面に形成された電極３０６ｂと電極３０６ｃは、貫通孔３０６ｄを介して電気的に接続されている。

ゴムシート３３１は、フィルム３０６の電極３０６ｂおよび被測定ウェハ４０２の電極４１２ｂに対向する位置に異方性導電ゴム部３３１ｂを備えている。

被測定ウェハ４０２の機能試験を行う場合、周辺装置（図示せず。）から出力された各種電気信号および電源電圧は、接続端子３０３ａ、３０３ｂから回路基板３０３に入力され、回路基板３０３に形成された配線回路を経由して、電極３０３ｃに達する。このとき、図１１、図１２に示すように、電極３０３ｃは、フィルム３０６に形成されている電極３０６ｃ、電極３０６ｂを介して、ゴムシート３３１に埋設されている異方性導電ゴム部３３１ｂに電気的に接続されている。さらに、異方性導電ゴム部３３１ｂは、被測定ウェハ４０２に形成されている電極４１２ｂに電気的に接続されている。したがって、周辺装置から出力された各種電気信号および電源電圧は、被測定ウェハ４０２に供給され、被測定ウェハ４０２は、電気的に駆動されることになる。また、被測定ウェハ４０２から出力された各種電気信号は、ゴムシート３３１に埋設されている異方性導電ゴム部３３１ｂ、および、フィルム３０６に形成された電極３０６ｂ、３０６ｃを経由して、電極３０３ｃから回路基板３０３に取り込まれ、更に周辺装置へ送出されることになる。

以上のように第２の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置ｅ８によれば、第１の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置ｅ７と同様の効果が得られる。

ところで、被測定ウェハ４０２のようなＢＧＡの場合、各種機能試験を行う際に、ボール状の電極の変形に留意する必要がある。この点、第８の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置ｅ８は、弾力性を持ちながら厚み方向にのみ電気的な接続が可能なゴムシート３３１を備えているため、被測定ウェハ４０２に形成されている電極４１２ｂが変形することはない。そして、ゴムシート３３１に備えられた異方性導電ゴム部３３１ｂは、その弾力性によって、被測定ウェハ４０２に備えられたボール形状の電極４１２ｂとより広い面積で接触することになる。したがって、第８の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置ｅ８によれば、被測定ウェハ４０２は、周辺装置と確実に電気的に接続され、精度の高い機能試験が可能となる。

半導体デバイス試験装置ｅ７、ｅ８には、フィルム３０５、３０６が備えられているが、これに代えてプリント基板を用いてもよい。

第１の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置の構成を示す斜視図である。 図１の半導体デバイス試験装置によって試験可能な被測定ウェハを示す平面図である。 図２の被測定ウェハから得られるＣＳＰデバイスの断面図である。 図１の半導体デバイス試験装置に対して図２の被測定ウェハが組み込まれる直前の状態を示す断面図である。 図１の半導体デバイス試験装置に対して図２の被測定ウェハが組み込まれた状態を示す断面図である。 図５の半導体デバイス試験装置の断面図の拡大図である。 第２の実施の形態にかかる半導体デバイス試験装置の構成を示す斜視図である。 図７の半導体デバイス試験装置によって試験可能な被測定ウェハを示す平面図である。 図８の被測定ウェハから得られるＣＳＰデバイスの断面図である。 図７の半導体デバイス試験装置に対して図８の被測定ウェハが組み込まれる直前の状態を示す断面図である。 図７の半導体デバイス試験装置に対して図８の被測定ウェハが組み込まれた状態を示す断面図である。 図１１の半導体デバイス試験装置の断面図の拡大図である。 従来の被測定デバイス、ＩＣソケット、および回路基板の接続関係を示す断面図である。 図１３の被測定デバイスを電極が形成される面から見た斜視図である。 図１３の被測定デバイスおよびＩＣソケットが搭載された回路基板を上面から見た平面図である。 従来のプローブ針が備えられたプローブカード１３を示す平面図である。 図１６のプローブカードに備えられたプローブ針に対してウェハが接触した状態を示す断面図である。

符号の説明

３０３：回路基板
３０５、３０６：フィルム
３０７：位置決め板
３０９：押さえ板
３１１：ピン
３１３：緩衝材
３３１：ゴムシート
３３１ｂ：異方性導電ゴム部
４０１、４０２：被測定ウエハ
４１１、４１２：ＣＳＰデバイス
４１１ａ、４１２ａ：デバイスボディ
４１１ｂ、４１２ｂ：電極
ｅ７、ｅ８：半導体デバイス試験装置

Claims (4)

1. 半導体ウェハを準備する工程と、
   前記ウェハ表面を樹脂で封止する工程と、
   この樹脂封止されたウェハを半導体デバイス試験装置に固定する工程と、
   前記半導体デバイス試験装置に固定された樹脂封止ウェハをバーンイン試験する工程と、
   このバーンイン試験後、前記ウェハを個々のチップサイズパッケージ型半導体装置に分割する工程と、を含む半導体装置の製造方法であって、
   前記固定工程は、複数の貫通孔が形成された押さえ板により前記ウェハを前記半導体デバイス試験装置に押さえつけることを含み、前記複数の貫通孔は、前記バーンイン試験をする工程において前記ウェハを循環対流する空気にさらすことを可能とするものであり、
   前記ウェハ表面を樹脂封止する工程は、前記樹脂封止されたウェハにボール電極を形成する工程を含み、
   前記固定工程は、前記ボール電極が前記半導体デバイス試験装置と電気的に接続された異方性導電ゴムに接することにより、前記ボール電極が前記半導体デバイス試験装置と電気的に接続されていることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
2. 前記固定工程は、前記電極をフィルムに形成されたバンプを介して前記半導体デバイス試験装置に電気的に接続することを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記固定工程は、前記樹脂封止されたウェハは前記押さえ板により前記半導体デバイス試験装置に押さえつけることにより均等な圧力を与えら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. 前記バーンイン試験は、電気的特性の試験を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

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