JP4461628B2 - 半導体パッケージの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハー上で回路形成を行う半導体パッケージの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高機能化並びに軽薄短小化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化と高密度実装化が進んでいる。これらの電子機器に使用される半導体パッケージは、小型化かつ多ピン化している。
【０００３】
半導体パッケージは、その小型化かつ多ピン化に伴って、従来のようなリードフレームを使用した形態のパッケージでは、入出力端子をパッケージ周辺に１列配置するため、小型化かつ多ピン化を同時に実現するには、端子ピッチを縮小する必要があり、小型化と多ピン化に限界がある。最近では、半導体搭載用基板上に半導体素子を実装したものとして、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）といったエリア実装型の新しいパッケージ方式が、各社から提案されている。これらの半導体パッケージでは、半導体素子の電極をエリア型に再配列して、実装基板の配線端子とピッチを合わせるために、インターポーザと呼ばれる半導体搭載用基板上に、半導体素子を搭載する構造が主流となっている。インターポーザには、フレキシブルプリント基板や、ガラスエポキシ樹脂積層板が用いられる。
【０００４】
最近では、さらなる小型化のため、このＣＳＰを半導体チップサイズにまで小型化するＲＣＳＰ（Ｒｅａｌ Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）が提案されている。
具体例として、半導体ウエハー表面にスリット開口を有する接着剤付きフレキテープを接着し、金ワイヤボンディングで電気的接続を図った後、液状樹脂で封止し、外部接続用の半田ボールを搭載後、個片化したもの（電気材料1999年９月号Ｐ２７−３３）が提案されているが、半導体ウエハーと接着剤付きフレキテープの接着には、高精度の位置合わせが必要であり、専用の貼り合わせ設備が必要となる。
位置合わせを不要にするため、半導体ウエハー表面に絶縁層および再配線層を形成後、絶縁層にスリット開口部を形成する方法が考えられるが、スリット開口部の形成方法としてレーザーを用いると半導体ウエハー上のボンドパッドおよび保護膜の損傷が懸念される。また、絶縁層として感光性樹脂を使用し、スリット開口部を露光・現像により形成する方法が考えられるが、感光性樹脂がネガ型の場合、再配線層下の絶縁層が現像され、再配線層と絶縁層の剥離が懸念される。また、感光性樹脂がポジ型の場合も同様に再配線層下の絶縁層の現像を完全に防止することはできず、再配線層と絶縁層の剥離が懸念される。
【０００５】
以上のように小型化高集積化に対応する半導体パッケージとして、種々の提案がされているが、生産性、信頼性等全てが満足されるよう一層の改善が望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、半導体チップと同一サイズの半導体パッケージを、低コストで製造する半導体パッケージの製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、次の工程からなる半導体パッケージの製造方法である。
１）半導体ウエハーにネガ型感光性絶縁樹脂層を積層する工程、
２）前記半導体ウエハーのボンドパッドを露出させるため、前記ネガ型感光性絶縁樹脂層を除去する部分以外を予め露光する工程、
３）前記ネガ型感光性絶縁樹脂層上に銅箔を積層する工程、
４）銅箔上に、複数のボンドフィンガー部および複数のソルダーボールランド部を含む回路パターン形状の金属レジスト層を、メッキにより形成する工程、
５）前記金属レジスト層により銅箔をエッチングすることにより、前記回路パターンを形成する工程、
６）前記ネガ型感光性絶縁樹脂を現像することによりボンドパッド用開口部を形成する工程、
７）前記回路パターンを保護するためのソルダーレジストを、前記ボンドフィンガー部およびソルダーボールランド部が露出されるように形成する工程、
８）前記半導体ウエハーのボンドパッドと前記回路パターンのボンドフィンガーとをワイヤボンディングで接続する工程、
９）前記ボンドパッド用開口部、ボンドフィンガー、および、ワイヤを、樹脂封止する工程、
１０）前記ソルダーボールランドに半田ボールを配置した後に、リフローして外部端子を形成する工程、
１１）前記外部端子形成後の半導体ウエハーを、ダイシングにより半導体チップのサイズに個片化する工程、
を含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【０００８】
また、本発明は、金属レジスト層が、好ましくは、金またはニッケル／金の２層構成からなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて本発明の製造方法の例について説明する。図１〜図３は、本発明による半導体パッケージの製造方法の順次図である。
図１aは、ネガ型感光性絶縁樹脂層１（以下、感光性絶縁樹脂層と云う）を半導体ウエハー１０に積層した状態を示すもので、積層方法としては、感光性絶縁樹脂がドライフィルムタイプの場合は、ロールラミネート、プレス等の手段を用いるが、積層時のボイドを防止するため、真空雰囲気で実施するのが好ましい。また、感光性絶縁樹脂が液状タイプの場合は、スピンコート、印刷、カーテンコート等の手段を用いて、塗布して乾燥することにより、感光性絶縁樹脂層を得ることができる。
【００１０】
本発明に用いる感光性絶縁樹脂は、半田ボールのリフロー等のプロセス耐熱性、感光性、現像性を有する樹脂が使用されるが、現像工程での半導体ウエハーのボンドパッドの浸食防止の観点から、テトラメチルアンモニウムハイドライド（以下、ＴＭＡＨという）で現像可能な樹脂が好ましい。例えば、フェノールノボラック系樹脂が挙げられる。
また、形成された感光性絶縁樹脂層１の厚みは、半導体パッケージの実装信頼性の観点から３０〜２００μｍ、好ましくは５０〜１５０μｍの範囲であることが望ましい。
【００１１】
図１ｂは、積層された感光性絶縁樹脂層１を、半導体ウエハーのボンドパッド３が露出される様、感光性絶縁樹脂層のボンドパッド用開口部１４に相当する部分（未露光部２２）以外を、予め紫外線照射により露光し、未露光部２２を形成した状態を示すもので、開口部のパターン２３が反復して刻まれたフォトマスク２１を用いて露光を行うことにより、開口部１４以外の感光性絶縁樹脂１をＵＶ硬化させる。
【００１２】
図１ｃは、積層された感光性絶縁樹脂１上に、銅箔２を積層した状態を示すもので、積層方法としては、ロールラミネート、プレス等の手段を用いるが、積層時のボイドを防止するため、真空雰囲気で実施するのが好ましい。
【００１３】
図１ｄは、積層された銅箔２上に、回路パターン形状の金属レジスト層１２を形成した状態を示すもので、銅箔２上にドライフィルムレジストをラミネート、または、液状レジストを塗布、乾燥してレジスト層を形成した後、回路パターンが刻まれたフォトマスクを用いて、露光・現像工程を行い、メッキレジストを形成する。続いて、電解メッキまたは無電解メッキ法により、金メッキまたはニッケル／金メッキを行い、メッキレジストを剥離することにより、金属レジスト層１２を形成する。
【００１４】
図２ｅは、金属レジスト層１２により銅箔２をエッチングして、金属レジスト層と銅箔からなる回路パターン１３を形成した状態を示すもので、金属レジストが金の場合は、塩化第２銅溶液、塩化第２鉄溶液、又はアルカリエッチング液が使用できるが、金属レジストがニッケル／金の２層構成の場合は、ニッケルの溶解防止のため、アルカリエッチング液を使用する。
【００１５】
図２ｆは、半導体ウエハー１のボンドパッド３を露出するために、感光性絶縁樹脂層１の未露光部２２を除去して開口部１４を形成した状態を示すもので、未露光の感光性樹脂材料をＴＭＡＨで現像することにより、開口部１４を形成後、感光性絶縁樹脂層１を加熱して硬化する。
感光性絶縁樹脂１上に銅箔２を積層する前に、開口部１４以外の部分を、予め露光しない場合は、感光性絶縁樹脂がネガ型の場合、上記回路パターン１３を形成後、開口部１４以外の範囲を露光後、現像工程を経て開口部１４を形成するが、回路パターン１３直下の感光性絶縁樹脂１は回路パターン１３により遮光されるため、現像液に可溶の状態であり、回路パターン１３直下の感光性絶縁樹脂層１が現像され、回路パターン１３と感光性絶縁樹脂１の間で剥離が発生する。
また、感光性絶縁樹脂１上に銅箔２を積層する前に、開口部１４以外の部分を、予め露光、現像することにより開口部１４を形成後、銅箔２を積層する方法も考えられるが、銅箔２のエッチング工程で、半導体ウエハー上のボンドパッド３がエッチング液にさらされることにより、Ａｌが溶解し、ワイヤーボンド強度を著しく低下させる。
前記のように感光性絶縁樹脂１上に銅箔２を積層する前に、開口部１４以外の範囲を予め露光することにより回路パターン１３直下の感光性絶縁樹脂１の現像工程での溶解を防止することができる。
【００１６】
図２ｇは、回路パターン１３を保護するためのソルダーレジスト１５をボンドフィンガー１６およびソルダーボールランド１７が露出されるように形成した状態を示すのもで、感光性ドライフィルムソルダーレジストをラミネート、または、感光性液状ソルダーレジストを塗布、乾燥して、ソルダーレジスト層を形成した後、所定のパターンが刻まれたフォトマスクを用いて、露光・現像工程を行い、硬化工程を経て、ソルダーレジスト１５を形成する。
使用されるソルダーレジスト材料は、現像工程での半導体ウエハーのボンドパッドの浸食防止の観点から、ＴＭＡＨで現像可能な材料が好ましい。
【００１７】
図２ｈは、半導体ウエハー１０のボンドパッド３と回路パターン１３のボンドフィンガー１６を金ワイヤ１８で接続後、開口部１４、ボンドフィンガー１６、および、金ワイヤ１８を樹脂封止した状態を示すもので、感光性絶縁樹脂層１の開口部１４を通して露出された半導体ウエハー１０のボンドパッド３と回路パターン１３のボンドフィンガー１６を、ワイヤーボンダーを用いて金ワイヤ１８で接続する。
続いて、金ワイヤ１８および半導体ウエハー１０の面を保護するように、エポキシ系液状樹脂やシリコン系エラストマー等を印刷またはディスペンスにより、金ワイヤ１８が露出されない状態まで供給後、硬化することにより、封止部１９を形成する。
【００１８】
図３ｉは、ソルダーボールランド１７に半田ボール２０を配置、リフローして外部端子を形成後、半導体ウエハーをダイシングにより、半導体チップのサイズに個片化した状態を示すもので、ソルダーボールランド１７に半田フラックスを供給後、半田ボール２０を安着させた状態で、ＩＲリフロー炉を用いて半田ボール２０をリフローして、ソルダーボールランドに融着する。その後、フラックスの残存物を除去するために洗浄工程を行う。
次に、ダイシング装置を用いて所定の半導体チップのサイズに個片化することにより、半導体チップと同一サイズの半導体パッケージを得ることができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の手段を用いた例を示すが、なんらこれらに限定されない。
【００２０】
実施例１
[ワニス調整例]
フェノールノボラック（大日本インキ化学工業（株）製、フェノライトＴＤ−２０９０−６０Ｍ）の不揮発分７０％ＭＥＫ溶液６００ｇ（ＯＨ基約４当量）を２ｌのフラスコ中に投入し、これにトリブチルアミン１ｇ、およびハイドロキノン０．２ｇを添加し、１１０℃に加温した。その中へ、グリシジルメタクリレート２８４ｇ（２モル）を３０分間で滴下した後、１１０℃で５時間攪拌反応させることにより、不揮発分約８０％メタクリロイル基含有フェノールノボラック（メタクリロイル基変性率５０％）ａを得た。
上記メタクリロイル基含有フェノールノボラックａ（メタクリロイル基変性率５０％，ＯＨ当量３５０）を１００ｇ、ビスフェノールＦ型エポキシ（日本化薬(株)製、ＲＥ−４０４Ｓ、エポキシ当量１６５）５０ｇと、光重合開始剤としてベンジルジメチルケタール（チバ・ガイギー社製、イルガキュア６５１）３ｇを、シクロヘキサノン６０ｇに溶解し、硬化触媒として２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール０．２ｇを添加し、フィラーとしてシリカ（アドマテックス社製、ＳＥ５１０１）２０ｇを添加し、ネガ型感光性樹脂ワニスを作製した。
【００２１】
２５μｍ厚のＰＥＴフィルム上に上記で得たネガ型感光性樹脂ワニスを、ギャップ間隔１８０μｍに調節したコンマコータで流延塗布後、８０℃で２０分乾燥させ、絶縁層厚が７０μｍのドライフィルムを得た。
上記で得たドライフィルムをロール温度８０℃、ロール圧力０．３ＭＰａ、ラミネート速度０．３ｍ／分の条件でロールラミネーターを用いて半導体ウエハーに積層後、ボンドパッド開口部以外を、９００ｍＪの紫外線照射条件でマスク露光し、ＰＥＴフィルムを剥離後、１８μｍ厚の電解銅箔（三井金属鉱業（株）製）銅箔をロール温度１００℃、ロール圧力０．３ＭＰａ、ラミネート速度０．３ｍ／分の条件でロールラミネーターを用いて、ネガ型感光性樹脂層上に積層した。
上記銅箔上にドライフィルムメッキレジスト（日合モートン製）をラミネートし、マスク露光、ドライフィルム現像後、スルファミン酸ニッケルメッキ浴にてニッケルメッキを５μｍ電解メッキし、シアン金浴にて金メッキを０．３μｍ電解メッキして、金属レジスト層を形成した。
上記金属レジスト層をエッチングマスクとして、アルカリエッチング液にて銅箔をエッチングし、回路パターンを形成した後、ＴＭＡＨ３％水溶液で１２０秒現像後、１５０℃で１時間硬化することにより、感光性絶縁樹脂層に開口部を形成した。
その後、ドライフィルムソルダーレジスト（住友ベークライト製）を真空ラミネータでラミネートし、マスク露光、ドライフィルム現像後、硬化させ、ソルダーレジストを形成、ワイヤーボンダーにて、半導体ウエハーのボンドパッドと
回路パターンを金ワイヤで電気的に接続後、液状エポキシ封止樹脂を印刷・硬化することにより、金ワイヤおよび半導体ウエハー開口部表面を封止した。
さらに、半田ボールを回路パターンのソルダーランド上にＩＲリフロー炉を用いて融着し、ダイシング装置にて半導体チップサイズに個片化することにより、半導体チップと同一サイズの半導体パッケージを得た。
得られた半導体パッケージの断面を電子顕微鏡で観察したところ、回路パターン下の感光性絶縁樹脂層に現像工程で浸食されたような空隙は観察されなかった。
【００２２】
比較例１
２５μｍ厚のＰＥＴフィルム上にノボラック系ネガ型感光性樹脂のＭＥＫ溶液をギャップ間隔１８０μｍに調節したコンマコータで流延塗布後、８０℃で２０分乾燥させ、絶縁層厚が７０μｍのドライフィルムを得た。
上記で得たドライフィルムをロール温度８０℃、ロール圧力０．３ＭＰａ、ラミネート速度０．３ｍ／分の条件でロールラミネーターを用いて半導体ウエハーに積層、ＰＥＴフィルムを剥離後、１８μｍ厚の電解銅箔（三井金属鉱業（株）製）銅箔をロール温度１００℃、ロール圧力０．３ＭＰａ、ラミネート速度０．３ｍ／分の条件でロールラミネーターを用いて、ネガ型感光性樹脂層上に積層した。
上記銅箔上にドライフィルムメッキレジスト（日合モートン製）をラミネートし、マスク露光、ドライフィルム現像後、スルファミン酸ニッケルメッキ浴にてニッケルメッキを５μｍ電解メッキし、シアン金浴にて金メッキを０．３μｍ電解メッキして、金属レジスト層を形成した。
上記金属レジスト層をエッチングマスクとして、アルカリエッチング液にて銅箔をエッチングし、回路パターンを形成した後、９００ｍＪの条件でマスク露光、ＴＭＡＨ３％水溶液で１２０秒現像後、１５０℃で１時間硬化することにより、感光性絶縁樹脂層に開口部を形成した。
その後、ドライフィルムソルダーレジスト（住友ベークライト製）を真空ラミネータでラミネートし、マスク露光、ドライフィルム現像後、硬化させ、ソルダーレジストを形成、ワイヤーボンダーにて、半導体ウエハーのボンドパッドと回路パターンを金ワイヤで電気的に接続後、液状エポキシ樹脂を印刷・硬化することにより、金ワイヤおよび半導体ウエハー開口部表面を封止した。
さらに、半田ボールを回路パターンのソルダーランド上にＩＲリフロー炉を用いて融着し、ダイシング装置にて半導体チップサイズに個片化することにより、半導体チップと同一サイズの半導体パッケージを得た。
得られた半導体パッケージの断面を電子顕微鏡で観察したところ、回路パターン下の感光性絶縁樹脂層と銅箔の間に剥離が観察された。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の半導体パッケージの製造方法によれば、容易に半導体ウエハー上にワイヤボンディング用の開口部を一括して形成することが可能であり、半導体チップと同一サイズの半導体パッケージを低コストで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体パッケージの製造方法の例の順次図。
【図２】本発明による半導体パッケージの製造方法の例の順次図（図１の続き）。
【図３】本発明による半導体パッケージの製造方法の例により得られた半導体パッケージを示す図。
【符号の説明】
１ ：ネガ型感光性絶縁樹脂層
２ ：銅箔
３ ：ボンドパッド
１２：金属レジスト層
１３：金属レジスト／銅の２層構成からなる回路パターン
１４：感光性絶縁樹脂の開口部
１５：ソルダーレジスト層
１６：ボンドフィンガー
１７：ソルダーボールランド
１８：金ワイヤ
１９：封止部
２０：外部接続用半田ボール
２１：フォトマスク
２２：感光性絶縁樹脂層の未露光部
２３：開口部のパターン

Claims (2)

1. １）半導体ウエハーにネガ型感光性絶縁樹脂層を積層する工程、
   ２）前記半導体ウエハーのボンドパッドを露出させるため、前記ネガ型感光性絶縁樹脂層を除去する部分以外を予め露光する工程、
   ３）前記ネガ型感光性絶縁樹脂層上に銅箔を積層する工程、
   ４）銅箔上に、複数のボンドフィンガー部および複数のソルダーボールランド部を含む回路パターン形状の金属レジスト層を、メッキにより形成する工程、
   ５）前記金属レジスト層により銅箔をエッチングすることにより、前記回路パターンを形成する工程、
   ６）前記ネガ型感光性絶縁樹脂を現像することによりボンドパッド用開口部を形成する工程、
   ７）前記回路パターンを保護するためのソルダーレジストを、前記ボンドフィンガー部およびソルダーボールランド部が露出されるように形成する工程、
   ８）前記半導体ウエハーのボンドパッドと前記回路パターンのボンドフィンガーとをワイヤボンディングで接続する工程、
   ９）前記ボンドパッド用開口部、ボンドフィンガー、および、ワイヤを、樹脂封止する工程、
   １０）前記ソルダーボールランドに半田ボールを配置した後に、リフローして外部端子を形成する工程、
   １１）前記外部端子形成後の半導体ウエハーを、ダイシングにより半導体チップのサイズに個片化する工程、
   を含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
2. 金属レジスト層が、金またはニッケル／金の２層構成からなることを特徴とする請求項１記載の半導体パッケージの製造方法。

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