JP4503462B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置及びそれを備えた電子機器並びに半導体装置の製造方法に関し、特に詳しくは、配線基板（インタポーザ）を使用しないウエハレベル（ＷＬ）のＣＳＰ（Chip Size/Scale Package）等の半導体装置に好適に用いられ、はんだバンプと再配線層との接合界面近傍におけるボイドを無くすことで、このボイドに起因するはんだバンプの割れやクラック等の不具合を防止し、その結果、はんだバンプと電極との間のボイドに起因する基板実装後の信頼性への影響を無くすことができ、よって、デバイスとしての信頼性を高めることが可能な技術に関するものである。

従来の半導体パッケージでは、例えば、一主面に集積回路が形成されたシリコンチップを樹脂により封止した、いわゆるデュアル・インライン・パッケージ（Dual Inline Package）やクァド・フラット・パッケージ（Quad Flat Package）では、樹脂パッケージの側面部や周辺部に、外方に突出する金属リードを配置した周辺端子配置型が主流であった。
これに対し、近年急速に普及している半導体パッケージとして、金属リードが突出しないチップ・サイズ／スケール・パッケージ（ＣＳＰ：Chip Size/Scale Package）が提案され、実用に供されている。
このＣＳＰは、いわゆるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）技術を採用することで、パッケージの平坦な表面に複数個の電極をロの字状あるいは格子状に配置した構造（ＢＧＡ構造）のリードレス半導体パッケージであり、電極端子数が同じでもパッケージの占有面積を狭くすることができ、したがって、従来のデュアル・インライン・パッケージ等より狭い面積で電子回路基板に高密度実装することを可能としたものである。

ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）タイプの半導体パッケージでは、パッケージの占有面積が半導体チップの占有面積にほぼ等しい、いわゆるＣＳＰ構造と称される構造が上述したＢＧＡ構造と共に開発され、電子機器の小型・軽量化に大きく貢献している。
このＣＳＰ構造は、複数の集積回路が一主面に形成されたシリコンウエハを、ダイシングソー等により切断して個々のシリコンチップとし、これらのシリコンチップに個別にパッケージを施したものである。

これに対し、一般的に「ウエハレベル（ＷＬ）ＣＳＰ」と称される半導体パッケージがある（例えば、特許文献１、２参照）。
このＷＬＣＳＰは、シリコンウエハ上に絶縁層、再配線層、封止層等を形成し、再配線層上にはんだバンプを形成し、その後、このシリコンウエハを所定のチップ寸法に切断することにより、パッケージ構造のシリコンチップとしたもので、この製造方法の特徴は、パッケージを構成する材料を全てシリコンウエハ上にて加工する点にある。すなわち、絶縁層、再配線層、封止樹脂層、はんだバンプ等は、全てシリコンウエハをハンドリングすることで形成される。この点は、例えば、はんだバンプを形成する工程においても同様である。
従来のＷＬＣＳＰの製造工程では、シリコンウエハの表面上の複数の電極形成位置各々にはんだ材料を必要量付着させ、その後のリフロー工程により、このはんだ材料を略球状のはんだバンプとする。
リフロー工程では、はんだ材料をはんだ融点以上の温度にて加熱溶融させ、次いで、この溶融したはんだをはんだ融点以下の温度まで冷却して凝固させることにより、その形状が球状に近いはんだバンプを得ることができる。

図７は、従来のＷＬＣＳＰのバンプ部を示す断面図であり、図において、１はシリコンウエハ等の半導体ウエハ、２は半導体ウエハ１上に形成されたアルミニウム等からなる金属パッド（電極）、３は金属パッド２上に形成された略球形状のはんだバンプである。
このはんだバンプ３は、半導体ウエハ１上の所定位置に、はんだ材料を付着させ、その後、このはんだ材料をはんだ溶融温度以上に加熱するリフロー工程を経て形成される。
半導体ウエハ１上にはんだ材料を付着させる方法としては、電解はんだめっき法、はんだボール搭載法、はんだペースト印刷法、はんだペーストディスペンス法、はんだ蒸着法等がある。
これらの方法のいずれにおいても、ウエハ全面の電極形成位置に形成されたはんだと濡れ性の良好な表面性状を有する金属パッド２上に、所定の面積および高さを有するはんだ材料を形成することができる。

その後、リフロー工程により、このはんだ材料をはんだ溶融温度（融点）以上に加熱し、溶融させる。
このはんだ材料としては、はんだ成分を含有するめっき層、予め所定のバンプ形状に近い形状に分粒されたはんだボール、微細なはんだ粒子をフラックス成分と共に混合したはんだペースト、真空蒸着法により成膜されたはんだ蒸着膜、のいずれも用いることができる。
いずれの場合においても、はんだ材料は、はんだ溶融温度以上の温度に到達すると、溶融し、その表面張力により全体形状が変形する。その形状は下地の金属パッド２周縁における金属の濡れ性、はんだの表面張力、はんだ自体の重さによる変形等により、形状が決定される。
溶融したはんだは、リフロー工程の後半において、はんだ融点以下の温度まで冷却され、凝固する。これにより、球状に近い形状のはんだ塊、いわゆるはんだバンプが得られる。

このリフロー工程としては、大別して次の様な二種類の方法がある。
第１の方法は、図８に示すように、内蔵されたヒータにより表面の温度分布が均一になるように加熱可能なホットプレート５を用い、このホットプレート５の上に半導体ウエハ１を載置し、ホットプレート５の表面温度を可変させて半導体ウエハ１の表面温度をコントロールすることで金属パッド２上のはんだ６を溶融させ、この金属パッド２上に略球形状のはんだバンプ３を形成する方法である。

第２の方法は、図９に示すベルト搬送方式のリフロー炉１１を用いて半導体ウエハ１の金属パッド上に略球形状のはんだバンプ３を形成する方法である。
リフロー炉１１は、長尺の炉体１２の中央部に長手方向に貫通する搬送路１３が形成され、この搬送路１３には、半導体ウエハ１が載置されるボート１４を搬送するためのベルトコンベア（あるいはチェーン等）１５が配設されている。このリフロー炉１１は、搬送路１３の入口（図中左側）から搬送方向に沿って所定の温度勾配で温度が上昇し、かつ、その最高温度領域がはんだの融点（ｍｐ）より１０〜２０℃程度高い温度領域となる様に設定されている。
このリフロー炉１１内に搬入された半導体ウエハ１は、ベルトコンベア１５により搬送路１３内を移動する間にヒータ１４により徐々に加熱され、最高温度領域に到達すると半導体ウエハ１の表面温度がはんだの融点以上の温度に加熱されて金属パッド上のはんだ６が溶融し、その後の冷却過程を経て金属パッド上に略球形状のはんだバンプ３が形成される。
特開２００３−１２４２４４号公報 国際公開第００／７７８４３号パンフレット

ところで、従来のリフロー工程により作製されたはんだバンプでは、はんだリフロー工程後の凝固したはんだバンプ内部の金属パッドに近い部分にバンプより小さいボイド（空隙）が複数個形成されることがある。この様なボイドが形成された場合、金属パッドとはんだバンプとの接合界面付近に、このボイドに起因するクラックが発生し易くなり、その結果、はんだバンプと金属パッドとの間の接合強度が低下してしまい、はんだバンプの品質が低下するという問題点があった。

図１０は、内部にボイドが形成されたはんだバンプの一例を示す断面図であり、はんだバンプ３と金属パッド２との接合界面近傍にボイド１７が集中して形成された例である。
このボイド１７は、はんだバンプ３が比較的小さい場合には殆ど認められないものであるが、ＣＳＰのように比較的大きなはんだバンプ３を形成する場合に発生し易くなる。
特に、ＷＬＣＳＰのバンプ形成時にはんだバンプ３と金属パッド２との接合界面付近に発生するボイドは、その後、他の部品と共に電子機器の基板に実装されて再度リフロー工程が施された場合においても、リフロー工程時にそのまま残ってしまい、リフロー工程を再度施してもはんだバンプ３と金属パッド２との接合界面付近のボイドを減少させることは難しいという問題点があった。

はんだバンプ３と金属パッド２との接合界面付近にボイドが発生する原因としては、リフロー時に、溶融状態のはんだ融液内に元々共存している、例えば、はんだ間の空隙に存在する空気等の気体、はんだペースト中のフラックス成分が加熱・分解することにより発生する気体等が外部に放散される前に、はんだが凝固してしまい、これらの気体がはんだバンプ内の金属パッド２との接合界面付近に閉じ込められてしまう等が挙げられる。
特に、ＣＳＰの様に、従来の半導体パッケージよりも大きなバンプを必要とする半導体装置においては、その下地層となる金属パッドが相対的に大きくなる。したがって、はんだ溶融時にはんだ内部に生じた気体は、金属パッドが相対的に大きくなった分、溶融はんだの表面に移動するまでの距離が長くなり、その結果、内部に発生した気体がはんだバンプ内の金属パッド２との接合界面付近にそのまま取り残されてしまい、はんだが凝固した際にボイドとなって残ってしまうこととなる。

また、はんだバンプを電極や配線等の導電体と接合した場合、その接合部に応力が集中し易く、その結果、接合部近傍に応力に起因する割れやクラック等が発生し易くなるという問題点があった。例えば、図１１に示す様なはんだバンプと導電体とを接合した構造の場合、絶縁樹脂基板２１の表面に形成された電極２２と、絶縁樹脂基板２３の表面の枠２４内に形成された電極２５とを、はんだバンプ２６を用いて接合しているために、はんだバンプ２６のくびれ部２６ａに応力が加わると、はんだバンプ２６中にクラック２７が外側から内側に向かって発生する傾向があった。
この場合、はんだバンプ２６の内部、特に電極２２、２５との接合界面近傍にボイドが存在すると、発生したクラック２７の進行を促すことになる。この様なクラックは断線不良を招き、ひいてははんだバンプ２６の崩壊を招く虞があることから、半導体装置の信頼性を著しく低下させる一因になっている。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、はんだバンプと再配線層との接合界面近傍におけるクラックを発生または成長させる虞のあるボイドの影響を少なくすることにより、このボイドに起因するはんだバンプの割れやクラック等の不具合を防止し、デバイスとしての信頼性を高めることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は次の様な半導体装置の製造方法を提供した。
すなわち、請求項１記載の半導体装置の製造方法は、電極を含む半導体基板上に絶縁性の樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、前記樹脂層を選択除去することで、突起状樹脂と、該突起状の樹脂の上面に該突起状樹脂の高さと略等しい深さを有する凹部とを同時に形成する突起状樹脂形成工程と、この凹部上に一端部が前記電極に電気的に接続される再配線層を形成する再配線層形成工程と、この凹部上の再配線層上にはんだバンプを形成するはんだバンプ形成工程とを備えてなることを特徴とする。

請求項２記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記突起状樹脂は、ネガ型感光性樹脂またはポジ型感光性樹脂からなることを特徴とする。

請求項３記載の半導体装置の製造方法は、請求項１または２記載の半導体装置の製造方法において、前記再配線層形成工程の後に、前記半導体基板及び前記突起状樹脂を、前記凹部上の再配線層を除き絶縁性の樹脂層により封止する樹脂封止工程を有することを特徴とする。

さらに、本発明により作製された半導体装置を電子機器に搭載させてもよい。

本発明の請求項１記載の半導体装置によれば、一主面に電極が形成された半導体基板と、この電極を含む半導体基板上の所定位置に形成されかつ上面に凹部が形成された絶縁性の突起状樹脂と、前記凹部に形成され一端部が前記電極に電気的に接続された再配線層と、この再配線層上に搭載されたはんだバンプとを備え、前記凹部の深さを前記突起状樹脂の高さの５０％以上としたので、はんだバンプと再配線層との接合界面近傍におけるクラックを発生または成長させる虞のあるボイドの影響を少なくすることができ、このボイドに起因するはんだバンプの割れやクラック等の不具合を防止することができ、デバイスとしての信頼性を高めることができる。

また、ボイドに起因するはんだバンプの割れやクラック等の不具合を防止するので、製造工程における製造歩留まりを向上させることができ、半導体装置の低価格化を図ることができる。

本発明の請求項４記載の電子機器によれば、本発明の半導体装置を備えたので、はんだバンプと電極との接合界面近傍のボイドに起因する電子機器の製造工程における工程不良の発生頻度を低減させることができ、電子機器の品質を向上させることができ、その製造コストの削減を図ることができる。したがって、電子機器の使用時における信頼性を向上させることができ、電子機器の低価格化を図ることができる。

本発明の請求項５記載の半導体装置の製造方法によれば、電極を含む半導体基板上に絶縁性の樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、前記樹脂層を選択除去して突起状樹脂を形成すると同時に該突起状樹脂にその高さと略等しい深さを有する凹部を形成する突起状樹脂形成工程とを有するので、突起状樹脂の上面に該突起状樹脂の高さと略等しい深さを有する凹部を容易かつ低コストで形成することができる。

その後、この凹部上に一端部が前記電極に電気的に接続される再配線層を形成する再配線層形成工程と、この凹部上の再配線層上にはんだバンプを搭載するはんだバンプ搭載工程とを有するので、ボイドの影響が少ない半導体装置を容易にかつ低コストにて製造することができる。

本発明の半導体装置及びそれを備えた電子機器並びに半導体装置の製造方法の一実施形態について説明する。なお、本実施形態は、本発明の趣旨をより理解し易いように具体的に説明したものであり、本発明は、本実施形態に限定されない。

図１は、本発明の一実施形態のウエハレベル・チップ・サイズ／スケール・パッケージ（ＷＬＣＳＰ）のバンプ部を示す断面図であり、図において、３１はシリコンウエハ等の半導体ウエハ１の表面（一主面上）に形成された電極、３２は絶縁樹脂層、３３は絶縁性の樹脂ポスト（突起状樹脂）、３４は樹脂ポスト３３の上面に形成された凹部、３５は再配線層、３６は再配線層３５上に形成されたはんだバンプ、３７は封止樹脂層である。

電極３１は、半導体ウエハ１上に形成されたＩＣ等の集積回路に電気的に接続される電極である。この電極３１は、例えば、アルミニウム、銅、クロム、チタン、金、チタン−タングステン合金等の導電性を有する金属により構成されている。
絶縁樹脂層３２は、電極３１の上面を除く半導体ウエハ１の表面全面に形成された絶縁性の樹脂層であり、例えば、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂（シリコーン）等により構成され、その厚みは５〜５０μｍ程度である。

樹脂ポスト３３は、絶縁樹脂層３２上の所定位置に形成された略円錐台状の絶縁性の樹脂で、例えば、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂（シリコーン）等、感光性を有する絶縁性樹脂により構成されている。この樹脂ポスト３３の形状は、例えば、高さが１０〜１００μｍ、直径が５０〜５００μｍである。

凹部３４は、樹脂ポスト３３の上面に形成された断面円形状かつ縦長（すなわち、円筒形状）の凹部で、この凹部３４の深さＤは、樹脂ポスト３３の高さＨの５０％以上とされている。
この凹部３４の深さＤの具体的な数値は、例えば、樹脂ポスト３３の高さが１０〜１００μｍの場合、この凹部３４の深さＤは５〜１００μｍ、内径Ｌは３〜８０μｍである。

再配線層３５は、はんだバンプを搭載するために樹脂ポスト３３の上面および凹部３４上に形成された第１の再配線層３８と、この第１の再配線層３８の一端から外方へ延びその一端部が電極３１に電気的に接続される第２の再配線層３９とにより構成されている。
これら第１及び第２の再配線層３８、３９は、例えば、銅、クロム、アルミニウム、チタン、金、チタン−タングステン合金等が好適に用いられ、その厚みは２〜４０μｍが好ましく、さらに好ましくは５〜２０μｍである。

はんだバンプ３６は、ボイドの数が極めて少ない高密度のハンダボールにより構成され、単位体積当たりのボイドの数は７０〜７００個／ｍｍ^３程度である。
このはんだバンプ３６は、共晶はんだ、鉛を含まない高温はんだ等を用いることができる。
封止樹脂層３７は、電極３１、絶縁樹脂層３２及び第２の再配線層３９を保護するためのもので、例えば、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂（シリコーン）等により構成され、その厚みは５〜５０μｍ程度である。

次に、このＷＬＣＳＰの製造方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、半導体ウエハ１上に、真空蒸着法やスパッタ法等により、例えば、アルミニウム、銅、クロム、チタン、金、チタン−タングステン合金等の導電性を有する金属膜を成膜し、次いで、この金属膜をパターニングし、半導体ウエハ１上の所定位置に所定の形状の電極３１を形成する。

次いで、スピンコート法、キャスティング法、ディスペンス法等により、電極３１の上面を除く半導体ウエハ１全面にポリイミド系樹脂等の絶縁性の液状樹脂を塗布し、その後、この液状樹脂を電極部が開口するように露光、現像、硬化させ、電極３１の上面に開口３２ａを有する厚みが５〜５０μｍ程度の絶縁樹脂層３２を形成する。
この絶縁樹脂層３２は、スクリーン印刷法によっても形成することができる。また、ポリイミド系樹脂シート等の樹脂シートを貼り付けることによっても形成することができる。

次いで、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて絶縁樹脂層３２上に、樹脂ポスト３３および凹部３４を形成する。ここでは、ネガ型感光樹脂を用いて樹脂ポスト３３および凹部３４を同時に形成する。
まず、スピンコート法、キャスティング法、ディスペンス法等により、電極３１及び絶縁樹脂層３２の全面に、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂（シリコーン）等からなるネガ型感光樹脂を塗布・乾燥してネガ型感光樹脂層４１とする。

次いで、このネガ型感光樹脂層４１の樹脂ポスト３３および凹部３４に対応する位置に開口４２ａが形成されたフォトマスク４２を用いて、このネガ型感光樹脂層４１に紫外線（ＵＶ）４３を露光し、その後ネガ型感光樹脂層４１を現像する。
その結果、図２（ｃ）に示すように、絶縁樹脂層３２上の所定位置に樹脂ポスト３３および凹部３４が同時に形成されることとなる。

この樹脂ポスト３３は、ポジ型感光樹脂を用いても形成することができる。
まず、図３（ｄ）に示すように、スピンコート法、キャスティング法、ディスペンス法等により、電極３１及び絶縁樹脂層３２の全面に、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂（シリコーン）等からなるポジ型感光樹脂を塗布・乾燥してポジ型感光樹脂層５１とする。次いで、このポジ型感光樹脂層５１の樹脂ポスト３３および凹部３４に対応する位置を覆うマスク５２を用いて、このポジ型感光樹脂層５１に紫外線（ＵＶ）５３を露光する。

次いで、図３（ｅ）に示すように、樹脂ポスト３３に対応する位置のうち凹部３４に対応する位置以外を覆うマスク５４を用いて、このポジ型感光樹脂層５１に紫外線（ＵＶ）５５を露光する。
ここで、凹部３４の深さと樹脂ポスト３３の高さが異なる場合には、紫外線（ＵＶ）５５の光強度を、紫外線（ＵＶ）５３の光強度の１／１０以上かつ等倍未満とする。なお、凹部３４の深さと樹脂ポスト３３の高さが等しい場合には、一度の露光で形成可能である。これらの露光の後、ポジ型感光樹脂層５１を現像する。
これにより、ネガ型感光樹脂を用いた場合と同様、図２（ｃ）に示す様に、絶縁樹脂層３２上の所定位置に樹脂ポスト３３および凹部３４が形成されることとなる。

次いで、図４（ｆ）に示すように、電極３１、絶縁樹脂層３２、樹脂ポスト３３および凹部３４が形成された半導体ウエハ１上に、真空蒸着法やスパッタ法等によりめっき層の種となる、下地の絶縁樹脂層３２や樹脂ポスト３３との密着性を確保するための厚み１０〜１００ｎｍの密着層６１ａと、めっき工程により再配線層２５を形成する際に給電に使用する厚み１００〜５００ｎｍの給電層６１ｂとの２層構造のシード層６１を形成する。
この密着層６１ａに用いられる金属としては、クロムの他、ニッケル、チタン、チタン−タングステン合金等が用いられる。また、給電層６１ｂには、銅の他、クロム、アルミニウム、チタン、チタン−タングステン合金、金等が用いられる。

次いで、図４（ｇ）に示すように、シード層６１上にレジスト６２を形成する。このレジスト６２には、後述するめっき工程により再配線層３５を形成するための開口６２ａが形成されている。このレジスト６２の厚み（ｔ）は、次工程のめっき工程により形成する再配線層３５の厚みよりも厚くする。
次いで、図４（ｈ）に示すように、電解めっき法、無電解めっき法のいずれかの方法により、露出されているシード層６１上に、銅、クロム、アルミニウム、チタン、チタン−タングステン合金、金等の導電性金属からなる再配線層３５を形成する。この再配線層３５は、第１の再配線層３８と第２の再配線層３９とにより構成される。

次いで、レジスト６２を剥離する。この場合、再配線層３５を除く領域にはシード層６１が残っているので、このシード層６１をエッチング除去することにより、図５（ｉ）に示すように、絶縁樹脂層３２を露出させる。
次いで、再配線層３５のうち第２の再配線層３９を保護する目的のために、この第２の再配線層３９上に、厚みが５〜５０μｍ程度の封止樹脂層３７を形成する。

この封止樹脂層３７は、スピンコート法、キャスティング法、ディスペンス法等の塗膜形成法を用い、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂（シリコーン）等の感光性の液状樹脂を塗布・乾燥したもので、フォトリソグラフィー技術を用いてパターンニングすることができる。
ここでは、再配線層３５全体を覆う様に封止樹脂層を形成した後、この封止樹脂層をマスクを用いて露光・現像することにより、再配線層３５のうち第２の再配線層３９を覆う一方、はんだバンプを搭載する第１の再配線層３８を露出させる。
この封止樹脂層３７は、スクリーン印刷法によっても形成することができる。

次いで、はんだペースト印刷法により、凹部３４内および露出された第１の再配線層３８上にはんだペースト６３ａを埋め込み、さらに、このはんだペースト６３ａ上にはんだペースト６３ｂを塗布する。これにより、凹部３４内および露出された第１の再配線層３８上にはんだペースト６３が形成される。
このはんだペースト６３のはんだ成分としては、共晶はんだ、鉛を含まない高温はんだ等を用いることができる。

このはんだペースト６３は、はんだペースト印刷法の他、電解はんだめっき法、はんだボール搭載法、はんだペーストディスペンス法、はんだ蒸着法等によっても形成することができる。
はんだペースト印刷法においては、印刷時の圧力や速度、はんだペーストの量等の諸条件を適当に選択することにより、一回の印刷工程ではんだペーストの塗布が可能である。

次いで、リフロー炉等を用いて、はんだペースト６３を溶融させ、図５（ｊ）に示す様に、第１の再配線層３８上にはんだバンプ３６を形成する。
これにより、このはんだバンプ３６をリフローした場合、製造過程において発生するボイド６５は、樹脂ポスト３３の凹部３４の底部に偏在することとなり、はんだバンプ３６の球面には生じ難くなる。

この様にしてはんだバンプ３６を形成することにより、このＷＬＣＳＰを基板上に実装した際においても、ボイドに起因するはんだバンプ３６のクラックや割れを防止することができる。
以上により、はんだバンプ３６と第１の再配線層３８との接合部の露出面にボイドに起因するクラックや割れが生じ難く、しかも、接合強度が高いはんだバンプ３６を形成することができる。したがって、このはんだバンプ３６をＷＬＣＳＰに適用すれば、クラックや割れが生じ難く、しかも、接合強度が高いはんだバンプを有するＷＬＣＳＰを容易かつ低コストで作製することができる。

次に、このＷＬＣＳＰの評価を行った。
（１）ＢＬＲ試験
本実施形態のＷＬＣＳＰと従来のＷＬＣＳＰとを、回路基板上に実装したのち、ＢＬＲ試験を実施した。
このＢＬＲ試験は、これらのＷＬＣＳＰが実装された回路基板を、−４０℃の低温中に３０分放置した後、１２５℃の高温中に３０分放置するという温度サイクルを１サイクルとする試験を繰り返し行い、電気抵抗の増加等の異常が発生した時点における試験回数（サイクル数）を処理回数とした。

このＢＬＲ試験の結果、本実施形態のＷＬＣＳＰでは、処理回数が１５００回を超えても、電気抵抗の増加等の異常は発生せず、信頼性が高いことが分かった。
一方、従来のＷＬＣＳＰでは、処理回数の平均値が１２００回で電気抵抗の増加等の異常が認められた。

（２）バンプシアテスト
本実施形態のはんだバンプおよび従来のはんだバンプそれぞれの接合強度をバンプシアテストにより評価した。
ここでは、シェアツールによりはんだボールを水平方向に押し、ボールが破断（剪断）したときの荷重値を測定した。

このバンプシアテストの結果、本実施形態のはんだバンプでは、バンプ内破壊値が平均で２９０ｇｆ程度であったのに対し、従来のはんだバンプでは、バンプ内破壊値が平均で２５０ｇｆ程度であった。したがって、本実施形態のはんだバンプは、従来のはんだバンプに対して接合強度が高く、バンプ内破壊がし難くなっていることが分かった。

本実施形態のＷＬＣＳＰによれば、絶縁性の樹脂ポスト３３の上面に、深さＤが樹脂ポスト３３の高さＨと略一致する凹部３４を形成したので、はんだバンプ３６と第１の再配線層３８との接合部におけるボイドを減少させることができ、このボイドに起因するはんだバンプ３６の割れやクラック等の不具合を防止することができる。

本実施形態のＷＬＣＳＰの製造方法によれば、ネガ型感光樹脂またはポジ型感光樹脂を用いて絶縁樹脂層３２上の所定位置に樹脂ポスト３３および凹部３４を形成するので、樹脂ポスト３３および凹部３４を容易かつ低コストで形成することができる。
その後、この凹部３４上に再配線層３８を形成し、この凹部３４上の再配線層３８上にはんだバンプ３６を搭載するので、製造過程において発生するボイド６５は主に樹脂ポスト３３の凹部３４の底部に発生することとなり、はんだバンプ３６の表面におけるボイドの発生を抑制することができる。したがって、はんだバンプ３６と第１の再配線層３８との接合部、すなわちはんだバンプ３６と電極３１との間のクラックや割れを防止することができ、はんだバンプ３６と電極３１との間のボイドの数が極めて少ないＷＬＣＳＰを容易にかつ低コストにて製造することができる。

本発明の半導体装置では、はんだバンプと電極との接合界面のボイドを減少させることができ、このボイドに起因するはんだバンプの割れやクラック等の不具合を防止することができるので、ＷＬＣＳＰ等のチップサイズの半導体装置はもちろんのこと、さらに狭ピッチ化された高密度のチップサイズの半導体装置に対しても適用可能であり、その効果は非常に大きなものである。

本発明の一実施形態のＷＬＣＳＰのバンプ部を示す断面図である。 本発明の一実施形態のＷＬＣＳＰの製造方法を示す過程図である。 本発明の一実施形態のＷＬＣＳＰの製造方法を示す過程図である。 本発明の一実施形態のＷＬＣＳＰの製造方法を示す過程図である。 本発明の一実施形態のＷＬＣＳＰの製造方法を示す過程図である。 本発明の一実施形態のＷＬＣＳＰのはんだバンプ内におけるボイドの発生位置を示す模式図である。 従来のＷＬＣＳＰのバンプ部の一例を示す断面図である。 従来のＷＬＣＳＰのリフロー工程に用いられるホットプレートを示す側面図である。 従来のＷＬＣＳＰのリフロー工程に用いられるベルト搬送方式のリフロー炉を示す断面図である。 従来のバンプ部の不具合の例を示す断面図である。 従来のバンプ部の不具合の他の例を示す側面図である。

符号の説明

１…半導体ウエハ、３１…電極、３２…絶縁樹脂層、３３…絶縁性の樹脂ポスト（突起状樹脂）、３４…凹部、３５…再配線層、３６…はんだバンプ、３７…封止樹脂層、３８…第１の再配線層、３９…第２の再配線層、４１…ネガ型感光樹脂層、４２…フォトマスク、４３…紫外線（ＵＶ）、５１…ポジ型感光樹脂層、５２、５４…マスク、５３、５５…紫外線（ＵＶ）、６１…シード層、６２…レジスト、６３…はんだペースト、６５…ボイド。

Claims (3)

1. 電極を含む半導体基板上に絶縁性の樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
   前記樹脂層を選択除去することで、突起状樹脂と、該突起状の樹脂の上面に該突起状樹脂の高さと略等しい深さを有する凹部とを同時に形成する突起状樹脂形成工程と、
   この凹部上に一端部が前記電極に電気的に接続される再配線層を形成する再配線層形成工程と、この凹部上の再配線層上にはんだバンプを形成するはんだバンプ形成工程とを備えてなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記突起状樹脂は、ネガ型感光性樹脂またはポジ型感光性樹脂からなる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. 前記再配線層形成工程の後に、前記半導体基板及び前記突起状樹脂を、前記凹部上の再配線層を除き絶縁性の樹脂層により封止する樹脂封止工程を有することを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。

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