JP4639155B2

JP4639155B2 - 半導体装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP4639155B2
Application number: JP2006025431A
Authority: JP
Inventors: 芳雄藤井
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2026-02-02
Also published as: JP2007208025A

Description

本発明は、チップサイズパッケージの半導体装置およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、チップサイズパッケージでありながら、電極端子が半導体装置の側面に露出して配線基板などへのハンダ付けの際のハンダ濡れ状態を簡単に確認することができる構造の半導体装置およびその製造方法に関するものである。

従来のウェハレベルのチップサイズパッケージ（ＷＬＣＳＰ；ウェハの状態で外部接続用電極まで形成してダイシングするだけで半導体装置を完成することができるチップサイズの構造）の半導体装置は、たとえば図１３に示されるような構造のものが知られている。すなわち、図１３において、集積回路が形成された半導体基板５１の表面に保護膜５２が設けられ、その保護膜５２上に設けられる電極パッド５３または電極パッド５３からさらに再配線により所望の場所に延出された再配線の表面に金属ポスト５４が立てられ、その上にバンプ５５が形成されている。なお、５６は封止樹脂である（たとえば特許文献１参照）。その結果、たとえば配線基板などにこの半導体装置を搭載する場合、バンプ５５を直接配線基板などの配線にハンダ付けなどによりマウントすることができる。

しかし、バンプを配線基板などにハンダ付けする場合、そのハンダ付けの信頼性を確認する必要があり、通常ハンダ濡れ性の目視検査が行われるが、バンプの位置が半導体装置の中心部に入り込んでいると、外からでは充分に確認することができない。そのため、前述の特許文献１に記載の発明では、バンプを形成する位置が、半導体装置の端面からの距離が一定の距離以内になるようにバンプを形成する構造が採用されている。一方、たとえば固体撮像素子では、半導体装置の表面に受光領域があり、その上に再配線層などを形成することができないため、上述のような小型化の構造にすることができず、図１４に示されるような構造が提案されている（たとえば特許文献２参照）。

すなわち、図１４において、６１はＩＣチップ、６２は受光素子領域、６３は側面絶縁層、６４は裏面絶縁層、６５は再配線層、６６は側面電極である。このような構造にすることにより、側面電極６６でハンダ付けをすることができるため、ハンダ濡れ性の検査を容易に行うことができる。このような側面電極６６を形成するには、たとえばウェハがチップごとにバラバラに分離されないように裏面絶縁層６４の一部を切り残して半導体基板の部分は分割されるように溝を形成し、その溝内にエポキシ樹脂などを埋め込んで側面絶縁層６３を形成してから、ホトレジストなどにより図示しない電極パッドおよび側面絶縁層６３の部分を開口し、側面絶縁層６３の中心に貫通孔を開け、その貫通孔内および電極パッドとの間にメッキを施すことにより、再配線層６５と側面電極６６を形成する。
特開２００１−３１３３４９号公報特開２００２−１９８４６３号公報

前述のように、従来のＣＳＰ構造の半導体装置では、図１３に示される構造では半導体装置の表面に外部接続用の電極を形成する必要があり、レイアウトに制限があると共に、配線基板などに実装した後のハンダ接合の確認が容易でないという問題がある。

また、図１４に示されるような構造では、側面電極で配線基板などと接合することができるため、ハンダ接合の信頼性の確認は容易になる。しかし、その製造工程は、薄い裏面絶縁層が残るようにチップ間の半導体基板に溝を形成してウェハ状態を保持し、その溝内
に側面絶縁層を形成し、さらにその側面絶縁層に貫通孔を開けて側面電極を形成する、という非常に作業が難しく、複雑な工程を経なければならないという問題がある。しかも、半導体ウェハに溝を形成してその部分に側面絶縁層と側面電極とを形成するため、１チップ当り実際に必要な半導体基板より大きな面積の半導体基板を使用し、その半導体基板を除去した部分に側面電極を形成するため、本来の半導体装置よりも側面絶縁層と側面電極の分が大きくなり、小型化の要請に応えられないと共に、半導体基板への溝形成による無駄な部分によりコストアップになるという問題もある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、集積回路を形成するのに必要最小限のチップサイズを維持したまま側面に電極を有し、製造工程も簡単なＷＬＣＳＰ構造の半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明による半導体装置は、半導体チップと、該半導体チップよりも外形が小さく、前記半導体チップの主面に接着された基板と、該基板の側面に前記半導体チップの電極に電気的に接続して設けられる外部接続用電極とを具備し、前記側面と平行な前記外部接続用電極の一側面が前記半導体チップの側面と面一になるように前記外部接続用電極が形成されていることを特徴とする。

また、本発明による半導体装置の製造方法は、（ａ）半導体基板表面に回路を形成し、該回路の複数の電極と電気的に接続して、スクライブライン上に配列されるように複数の電極端子を形成し、表面に保護膜を形成した後、該保護膜に複数の前記電極端子を露出させるコンタクトホールを形成した第１のウェハを準備する工程と、（ｂ）前記第１のウェハの主面に第２のウェハを貼り合せる工程と、（ｃ）前記第１のウェハのスクライブラインに沿って、前記第２のウェハの表面から前記第１のウェハの前記コンタクトホールに達する深さまで前記第２のウェハを切削することにより、前記第２のウェハを分離し、前記第１のウェハ上に接着された基板を形成する工程と、（ｄ）前記基板表面および前記溝内にレジスト膜を設け、前記第１のウェハの前記電極端子および該電極端子近傍の前記基板の側面が露出するように、前記溝内の前記レジスト膜に開口部を形成する工程と、（ｅ）前記開口部内に導電性材料を埋め込み、外部接続用電極を形成する工程と、（ｆ）前記スクライブラインに沿って、前記レジスト膜、前記外部接続用電極および前記第１のウェハを切削し、前記基板が接着し、前記外部接続用電極を備えた半導体チップに個片化する工程とを有している。

本発明の半導体装置によれば、半導体装置の側面に外部接続用電極が形成されているので、半導体装置の表面にレイアウトを工夫しながらバンプ電極を形成する必要がないと共に、配線基板などに実装する場合に、外部からそのハンダ付けの状態を簡単に認識することができ、ハンダ付けの信頼性を大幅に向上させることができる。さらに、回路を形成する半導体基板は従来と同じ大きさで、その表面に貼り付ける基板を小さくしてその側面に外部接続用電極が形成されているため、半導体装置の大きさは従来と変ることがなく、半導体装置の側面に外部接続用電極が形成されたチップサイズパッケージとすることができる。

また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、従来の半導体プロセスの中で製造することができ、ＷＬＣＳＰなどに必要な専用の装置を必要としない。また、ダイシングにより外部接続用電極が側面に露出する製造方法であるため、チップ化した後に電極を形成する必要がないと共に、その外部接続用電極は、レジスト膜の開口部に導電性材料を埋め込むことにより形成されているため、トレンチエッチャーなどの高価な装置を必要とすることもない。さらに、エッチングストッパとなるコンタクトホールを覆う電極パッドを形成
する必要がないため、チップ面積を縮小することができる。

つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体装置およびその製造方法について説明をする。本発明による半導体装置は、その一実施形態の斜視説明図が図１に示されるように、半導体チップ１の主面に、その半導体チップ１よりも外形が小さい支持用の基板２が接着されており、その基板２の側面に半導体チップ１の電極に電気的に接続された外部接続用電極８が設けられている。

半導体チップ１は、たとえばシリコン基板などにエピタキシャル成長や拡散などにより、ｐｎ接合などで半導体素子などを形成して必要な回路が形成された従来と同様の構造になっているが、回路の入出力端子などと電気的に接続される電極端子（図示せず）が、チップの外周部に形成されている点で異なる。

基板２は、半導体チップ１と同じ半絶縁性の半導体基板を用いることが、熱膨張係数などが同じであるため好ましい。しかし、この基板２には素子を形成しないため、必ずしも半導体基板を用いる必要はなく、通常のガラス、セラミックス、エポキシ樹脂などの絶縁性基板などを用いることもできる。この基板２は、図１に示されるように、その外周が半導体チップ１の外周より小さく形成されている。

外部接続用電極８は、後述する製造方法で詳述されるように、たとえば無電解メッキなどにより形成された銅などの導電性材料により、前述の半導体チップ１の電極端子に接続されると共に、基板２の側壁に密着して形成されている。しかも、この外部接続用電極８の一側壁８ａは、半導体チップ１の側壁と面一になるように形成されている。

従って、本発明の半導体装置によれば、外部接続用電極８が半導体装置の側壁に形成されていながら、半導体チップ１の外形より大きくなることがない。しかも、半導体チップ１も電極端子が半導体チップ１の外周側に形成されているだけで、回路の形成などは従来と同様に形成することができ、半導体チップ１の表面の再配線などによりチップ周辺部に電極端子を形成するだけであるため、半導体チップ１を大きくする必要は全くない。この半導体装置を配線基板などに実装する場合は、基板２の表面を下側にして、配線基板の配線などの上に載置し、外部接続用電極８の側面にハンダフィレットを形成してハンダ付けすることにより実装することができる。その結果、ハンダ付け状態を外部から簡単に確認することができ、実装が容易であるのみならず、ハンダ付けの信頼性を非常に向上させることができる。

つぎに、図２〜９を参照しながら図１に示される本発明の半導体装置の製造方法について説明をする。

まず、たとえばシリコン基板などの半導体基板１１に通常のウェハプロセスで必要な回路を形成する。この際、各回路の入出力端子などの電極は、必要であればチップ表面に形成する再配線などによりチップの外周部に引き出して、ウェハのスクライブライン上に位置するように電極端子（図示せず）を形成する。そして、図２に示されるように、その表面にＰＳＧやＮＳＧなどからなる保護膜１２を形成し、図示しない電極端子が露出するように保護膜１２にコンタクトホール１３を形成することにより第１のウェハ１ａ（ダイシングしてチップ化する前の状態をいう）を準備する。

一方、シリコン基板などからなる基板に第１のウェハ１ａのスクライブラインと同一ピッチ、同一幅のスクライブラインの溝２１を形成することにより、第２のウェハ２ａ（基板をダイシングしてチップ化する前の状態をいう）を準備する。第２のウェハ２ａは、前述のよう
に、半導体基板ではなく、通常の絶縁基板または樹脂フィルムなどを用いることもできる。なお、第２のウェハ２ａが透明で、半導体基板１１上に形成したスクライブライン、目合せマークなどを確認することができる場合には、溝２１を形成する必要はない。この第２のウェハ２ａを、図２に示されるように、第１のウェハ１ａの主面に接着剤４により貼り付ける。この際、第１のウェハ１ａのスクライブラインと第２のウェハ２ａのスクライブラインとが一致するように重ね合せて貼り付ける。貼り付けは、通常のスタック方法を用いることにより行うことができる。

つぎに、図３に示されるように、第２のウェハ２ａのスクライブラインの溝２１に沿って、第１のウェハ１ａのコンタクトホール１３に到達する深さで第２のウェハ２ａを切削し、ダイシング溝３を形成する。この切削により、第２のウェハ２ａは複数の基板２に分離される。

つぎに、図４に示されるように、全面にレジストを塗布してレジスト膜５を形成し、第１のウェハ１ａのコンタクトホール１３に対応する位置に、第１のウェハ１ａに形成された図示しない電極端子が露出すると共に、ダイシング溝３により形成される基板２の側壁の一部が露出するように、レジスト膜５に開口部５ａを形成する。なお、図４（ｂ）は平面説明図で、レジスト膜５の部分が斜線で示されている。

その後、図５に示されるように、全面にバイアススパッタをかけ、コンタクト孔１３の内壁、その底に露出する電極端子の表面、および基板２の露出する側面にバリア金属膜６を形成する。このバリア金属としては、ＴｉＮ、ＷＮ、ＴｉＷ、ＴａＮなどを用いることができる。そして、図６に示されるように、ＣＭＰなどにより研磨して基板２上のレジスト膜５上に被着したバリア金属膜６を除去する。

その後、図７に示されるように、レジスト膜５の開口部５ａ内を埋めるように、導電性材料７を埋め込む。この導電性材料７としては、たとえばダマシン法などによる銅メッキなどにより形成することにより、開口部５ａの底面からボトムアップで埋め込み金属が形成され、レジスト膜５の開口部５ａが小さくても完全に埋め込むことができる。

その後、図８に示されるように、基板２の表面が露出するまで研磨した後、図９に示されるように、第１のウェハ１ａのスクライブラインに沿ってレジスト膜５、導電性材料７、第１のウェハ１ａを切削することにより、導電性部材７が切断されて外部接続用電極８となり、ダイシング溝３内のレジスト膜５を除去することにより、図１に示される構造の半導体装置が得られる。なお、外部接続用電極８の露出面にＡｕメッキなどを施すと、ハンダ付けを容易に行うことができる。

図１０は、本発明の半導体装置の第２の実施例を示す図１と同様の斜視説明図である。すなわち、この例は、基板２が半導体チップ１よりも小さいため、半導体チップ１が露出している部分に樹脂５ｂが設けられて、基板２の外周と半導体チップ１の外周とが外部接続用電極８の部分だけではなく、周囲全体に亘って面一に形成された例である。なお、９はダミー電極で、たとえば図４（ｂ）に示されるダイシング溝３の中心部で切断されることにより隣接する半導体チップの導電性材料７の残存部であり、半導体チップ１とは全く接続されていないものである。その他は図１に示される例と同じで、図１と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。

この半導体装置の製造方法について説明をする。この構造も、第１のウェハ１ａおよび第２のウェハ２ａを貼り合せてダイシング、ホトリソグラフィ工程、スパッタリング、メッキなどを行う方法は図１に示される半導体装置と同様で、前述の図２〜図７までの工程を同様に行う。その後、図１１に示されるように、レジスト膜５が一部残存するように表
面から研磨をして、表面の一部およびダイシング溝３内のレジスト膜５を残存させることにより樹脂層５ｂを形成する。そして、前述の図９と同様に第１のウェハ１ａのスクライブラインに沿って切削する（図１２参照）ことにより、図１０に示される構造の半導体装置が得られる。なお、この例では、レジスト膜５の一部を研磨して一部を残存させることにより樹脂層５ｂを形成したが、図１に示される構造のように、完全にレジスト膜を除去してから、別の樹脂をダイシング溝３の内部に充填して図１０に示されるような構造にすることもできる。

この構造にすることにより、半導体装置の外形に段差がなく、取り扱いが容易であると共に、外部接続用電極８が、基板２の側面との固着だけではなく、ハンダ付け用の側面以外の部分が樹脂層５ｂにより被覆されているため、外部接続用電極８が剥離するようなことがなく、保護されるという効果がある。

本発明による半導体装置の一実施形態の工程を示す斜視説明図である。図１に示される半導体装置の製造工程を示す断面説明図である。図１に示される半導体装置の製造工程を示す断面説明図である。図１に示される半導体装置の製造工程を示す断面説明図である。図１に示される半導体装置の製造工程を示す断面説明図である。図１に示される半導体装置の製造工程を示す断面説明図である。図１に示される半導体装置の製造工程を示す断面説明図である。図１に示される半導体装置の製造工程を示す断面説明図である。図１に示される半導体装置の製造工程を示す断面説明図である。本発明による半導体装置の他の実施形態を示す斜視説明図である。図１０に示される半導体装置の製造工程を示す断面説明図である。図１０に示される半導体装置の製造工程を示す断面説明図である。従来のＷＬＣＳＰ構造半導体装置の一例を示す断面説明図である。従来のＷＬＣＳＰ構造半導体装置の他の例を示す断面説明図である。

符号の説明

１半導体チップ
１ａ第１のウェハ
２基板
２ａ第２のウェハ
３ダイシング溝
４接着剤
５レジスト膜
５ａ開口部
５ｂ樹脂層
６バリアメタル金属膜
７導電性材料
８外部接続用電極
11 半導体基板
12 保護膜
13 コンタクトホール

Claims

半導体チップと、該半導体チップよりも外形が小さく、前記半導体チップの主面に接着された基板と、該基板の側面に前記半導体チップの電極に電気的に接続して設けられる外部接続用電極とを具備し、前記側面と平行な前記外部接続用電極の一側面が前記半導体チップの側面と面一になるように前記外部接続用電極が形成されていることを特徴とする半導体装置。
（ａ）半導体基板表面に回路を形成し、該回路の複数の電極と電気的に接続して、スクライブライン上に配列されるように複数の電極端子を形成し、表面に保護膜を形成した後、該保護膜に複数の前記電極端子を露出させるコンタクトホールを形成した第１のウェハを準備する工程と、
（ｂ）前記第１のウェハの主面に第２のウェハを貼り合せる工程と、
（ｃ）前記第１のウェハのスクライブラインに沿って、前記第２のウェハの表面から前記第１のウェハの前記コンタクトホールに達する深さまで前記第２のウェハを切削することにより、前記第２のウェハを分離し、前記第１のウェハ上に接着された基板を形成する工程と、
（ｄ）前記基板表面および前記溝内にレジスト膜を設け、前記第１のウェハの前記電極端子および該電極端子近傍の前記基板の側面が露出するように、前記溝内の前記レジスト膜に開口部を形成する工程と、
（ｅ）前記開口部内に導電性材料を埋め込み、外部接続用電極を形成する工程と、
（ｆ）前記スクライブラインに沿って、前記レジスト膜、前記外部接続用電極および前記第１のウェハを切削し、前記基板が接着し、前記外部接続用電極を備えた半導体チップに個片化する工程とを有する半導体装置の製造方法。