JP4741201B2 - 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 - 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、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、はんだバンプ内のボイドを低減することで、充分な信頼性を確保することが可能な技術に関するものである。

従来、半導体パッケージ、例えば、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、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、シリコンウエハの一主面に形成された複数の集積回路をダイシングソー等により個々に切断して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ＷＬＣＳＰ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、シリコンウエハの一主面上の複数の電極形成位置それぞれに、はんだ材料を必要量付着させ、その後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。
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の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、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。

従来のリフロー工程には、大別して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、図１０に示すように、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、その内部にボイド（空隙）が形成されることがあり、このボイドがはんだバンプの品質を低下させる虞があるという問題点があった。
図１１は、その様なはんだバンプ３の一例を示す断面図であり、はんだバンプ３の内部に様々な形状のボイド１７が複数個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い。
特に、ＷＬＣＳＰのバンプ形成時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ボイドを消滅させることは難しいという問題点があった。

このボイドは、はんだバンプに下記の様な不具合を生じさせる虞がある。
（１）各はんだバンプ内部のボイドの有無により、はんだバンプの高さにばらつきが生じる。
（２）はんだバンプを有する半導体チップを基板に実装し、この実装基板に実使用環境下にて温度サイクル試験を行うと、基板と半導体チップとの間の線膨張係数の差異に起因する機械的歪みが空隙（ボイド）に集中する場合がある。この場合、空隙（ボイド）がはんだバンプを破壊する要因になる。
これらの問題点は、上記の実装基板を搭載する電子機器の製造工程における工程不良の発生頻度の増大、電子機器の使用時の信頼性の低下等を生じさせる虞があり、重大な問題となる。

はんだバンプ内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、外部への散逸が妨げられ、内部にそのまま取り残されてしまい、その結果、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。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、はんだバンプ内のボイドの発生を低減することができる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を提供した。
すなわち、本発明の半導体装置は、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、第１の再配線層と第２の再配線層からなる再配線層と、前記第１の再配線層上に搭載されたはんだバンプとを備えてなり、前記凹部は、その内面が円錐状、円錐台状、角錐状、角錐台状のいずれか１種であり、前記内面に沿って一様な厚みで前記第１の再配線層が設けられ、前記第１の再配線層の外縁が露出するように、前記凹部内に前記はんだバンプの底部が載置されたことを特徴とする。

この半導体装置では、一主面に電極が形成された半導体基板の電極を含む半導体基板上の所定位置に、上面に凹部が形成された絶縁性の突起状樹脂が形成され、この凹部に、一端部が前記電極に電気的に接続される再配線層が形成されていることにより、リフロー工程の際に溶融したはんだと再配線層との間に、はんだの自重による圧力差が生じ、はんだ内に発生したボイドはその圧力差により再配線層側に押し出され、再配線層に沿って外部へ速やかに排出される。これにより、溶融したはんだ内部におけるボイドの数が減少し、このはんだが凝固した場合においても内部に残存するボイドの数が非常に少なくなり、その結果、はんだバンプ内のボイドの数が極めて少なくなる。

前記半導体基板及び前記突起状樹脂は、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されていることが好ましい。
この半導体装置では、前記半導体基板、及び前記突起状樹脂の前記凹部上の再配線層を除く部分を、絶縁性の樹脂層により封止することにより、半導体基板及び突起状樹脂の周縁部の絶縁性が向上する。

本発明の電子機器は、本発明の半導体装置を備えてなることを特徴とする。
この電子機器では、本発明の半導体装置を備えたことにより、はんだバンプ内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が減少し、電子機器の品質が向上すると共に、製造歩留まりも向上する。これにより、電子機器の使用時における信頼性が向上し、電子機器の製造コストも低減する。

本発明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して突起状樹脂を形成する突起状樹脂形成工程と、前記突起状樹脂を再度選択除去して該突起状樹脂の上面に、その内面が円錐状、円錐台状、角錐状、角錐台状のいずれか１種である凹部を形成する凹部形成工程と、この凹部上に一端部が前記電極に電気的に接続され、第１の再配線層と第２の再配線層からなる再配線層を形成する再配線層形成工程と、前記再配線層を覆う封止樹脂を形成する封止樹脂層形成工程と、前記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備えてなり、前記再配線層形成工程において、前記内面に沿って一様な厚みで前記第１の再配線層を形成し、前記封止樹脂層形成工程において、前記第１の再配線層を露出させるように、前記封止樹脂層をパターン形成し、前記はんだバンプ形成工程において、前記第１の再配線層の外縁を露出するように、かつ、前記凹部内に前記はんだバンプの底部が載置されるように、前記はんだバンプを形成することを特徴とする。

この半導体装置の製造方法では、突起状樹脂を形成する突起状樹脂形成工程の後に、突起状樹脂を再度選択除去して該突起状樹脂の上面に凹部を形成する凹部形成工程を備えたことにより、突起状樹脂の上面に容易かつ低コストで凹部が形成される。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施すことにより、リフロー工程の際に溶融したはんだと再配線層との間に、はんだの自重による圧力差が生じ、はんだ内に発生したボイドはその圧力差により再配線層側に押し出され、再配線層に沿って外部へ速やかに排出される。これにより、内部のボイドの数が極めて少ないはんだバンプを容易かつ低コストで形成することが可能になり、はんだバンプ内のボイドの数が極めて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可能である。

前記はんだバンプ搭載工程は、前記はんだバンプが溶融した際に、この溶融はんだに１Ｈｚ〜１ＭＨｚの振動を付与する工程を含むことが好ましい。
このはんだバンプ搭載工程では、溶融はんだに１Ｈｚ〜１ＭＨｚの振動を付与する工程を含むことにより、リフロー工程の際に溶融したはんだ内に発生したボイドは、１Ｈｚ〜１ＭＨｚの振動が加わることにより、この振動によりボイドが再配線層側に速やかに押し出され、再配線層に沿って外部へ速やかに排出されることとなる。これにより、内部のボイドの数が極めて少ないはんだバンプを容易かつ低コストで形成することが可能になる。

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が好ましい。
この樹脂封止工程では、半導体基板、及び突起状樹脂の凹部上の再配線層を除く部分を、絶縁性の樹脂層により封止するので、半導体装置の絶縁性が向上する。これにより、半導体装置の長期信頼性が向上する。

本発明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の電極を含む半導体基板上の所定位置に、上面に凹部が形成された絶縁性の突起状樹脂を形成し、この凹部に、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したので、はんだバンプ内部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破壊等の不具合を防止することができる。したがって、はんだバンプの信頼性を高めることができ、その結果、半導体装置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破壊等の不具合が減少するので、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、はんだバンプ内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。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、突起状樹脂を形成する突起状樹脂形成工程の後に、突起状樹脂を再度選択除去して該突起状樹脂の上面に凹部を形成する凹部形成工程を備えたので、突起状樹脂の上面に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施したので、内部のボイドの数が極めて少ないはんだバンプを容易かつ低コストで形成することができる。したがって、はんだバンプ内のボイドの数が極めて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各実施の形態について説明する。なお、これらの実施の形態は、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、これらの実施の形態に限定されない。

「第１の実施形態」
図１は、本発明の第１の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、２１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、２２は絶縁樹脂層、２３は絶縁性の樹脂ポスト（突起状樹脂）、２４は円錐状凹部、２５は再配線層、２６は再配線層２５上に形成されたはんだバンプ、２７は封止樹脂層である。

電極２１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り、例えば、アルミニウム、銅、クロム、チタン、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２２は、電極２１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２３は、絶縁樹脂層２２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２３の高さは２５μｍ〜１００μｍ程度、その上面の直径は２９０μｍ〜３１０μｍ程度、その底面の直径は３００μｍ〜３２０μｍ程度である。

円錐状凹部２４は、樹脂ポスト２３の上面に形成された凹部で、その内面が中心軸を軸心とする円錐状とされ、この内面と中心軸Ａｘとの間の角度（θ）は６０°〜８７°が好ましく、さらに好ましくは７０°〜８５°である。

再配線層２５は、はんだバンプを搭載するために円錐状凹部２４の上に形成された第１の再配線層３１と、この第１の再配線層３１の一端から外方へ延びその一端部が電極２１に電気的に接続される第２の再配線層３２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３１、３２は、例えば、銅、クロム、アルミニウム、チタン、チタン−タングステン合金、金等が好適に用いられ、その厚みは３μｍ〜５０μｍが好ましく、さらに好ましくは５μｍ〜３０μｍである。

はんだバンプ２６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１×１０^−７〜２×１０^−７個／μｍ^３程度であり、これは、１個のはんだバンプ２６が１〜２個のボイドを有することを意味する。
このはんだバンプ２６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２７は、電極２１、絶縁樹脂層２２及び第２の再配線層３２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、５μｍ〜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、金等の導電性を有する金属膜を成膜し、この金属膜をパターニングすることにより、半導体ウエハ１上の所定位置に電極２１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２１を除く半導体ウエハ１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）等の絶縁性の液状樹脂を塗布し、その後、この塗布樹脂層を露光して硬化させ、電極２１部分に開口２２ａを有する厚みが５〜５０μｍ程度の絶縁樹脂層２２を形成する。
この絶縁樹脂層２２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、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２１及び絶縁樹脂層２２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）等の感光性の液状樹脂を塗布・乾燥して樹脂層４１とし、この樹脂層４１をフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、高さが２５μｍ〜１００μｍ程度の円錐台状の樹脂ポスト４２を形成する。

次いで、フォトリソグラフィ技術を用いて樹脂ポスト４２の上面に、深さが１２μｍ〜５０μｍ程度の円錐状凹部２４を形成する。
例えば、樹脂層４１がポジ型の場合、マスクを用いて樹脂ポスト４２の上面を再度露光し、樹脂ポスト４２の上面に円錐状凹部２４を形成する。この場合、光強度が樹脂層４１をパターニングする際の光強度より１／１０〜１／１００程度弱い光ビームを用いて樹脂ポスト４２の上面を再度露光し、この上面を現像することにより、この樹脂ポスト４２の上面に所定形状の円錐状凹部２４が形成されることになる。

また、樹脂層４１がネガ型の場合、円錐状凹部２４に対応する位置に開口が形成されたマスクを用いて樹脂ポスト４２をエッチングすることにより、この樹脂ポスト４２の上面に所定形状の円錐状凹部２４が形成されることになる。
以上により、絶縁樹脂層２２上に、上面に円錐状凹部２４が形成された樹脂ポスト２３を形成することができる。

次いで、図２（ｃ）に示すように、電極２１、絶縁樹脂層２２及び樹脂ポスト２３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メッキ層の種となる、下地の絶縁樹脂層２２や樹脂ポスト２３との密着性を確保するための厚み１０ｎｍ〜１００ｎｍの密着層４３ａと、メッキ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１００ｎｍ〜５００ｎｍの給電層４３ｂとの２層構造のシード層４３を形成する。
この密着層４３ａ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４３ｂ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３（ｄ）に示すように、シード層４３上にレジスト４４を形成する。このレジスト４４には、後述するメッキ工程により再配線層２５を形成するための開口４５が形成されている。このレジスト４４の厚み（ｔ）は、次工程のメッキ工程により形成する再配線層２５の厚みよりも厚くする。
次いで、図３（ｅ）に示すように、電解メッキ法、無電解メッキ法のいずれかの方法により、露出されているシード層４３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２５を形成する。この再配線層２５は、第１の再配線層３１と第２の再配線層３２とにより構成される。

次いで、図３（ｆ）に示すように、レジスト４４を剥離する。この場合、再配線層２５を除く領域にはシード層４３が残っているので、このシード層４３をエッチング除去し、絶縁樹脂層２２を露出させる。
次いで、再配線層２５のうち第２の再配線層３２を保護する目的で、この第２の再配線層３２上に厚みが５〜５０μｍ程度の封止樹脂層２７を形成する。

この封止樹脂層２７は、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、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２５全体を覆う様に封止樹脂層を形成し、その後、マスクを用いて封止樹脂層を露光・現像することにより、再配線層２５のうち第２の再配線層３２を覆い、かつはんだバンプを搭載する第１の再配線層３１を露出させる様にパターン形成させる方法が採られる。
この封止樹脂層２７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、はんだボール搭載法により、第１の再配線層３１上にはんだボール４６を形成する。
はんだボール搭載法の他、電解はんだめっき法、はんだボール搭載法、はんだペースト印刷法、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、第１の再配線層３１上にはんだを形成することができる。
はんだとしては、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。

次いで、図４に示すベルト搬送方式のリフロー炉５１を用いてはんだボール４６を溶融させ、第１の再配線層３１上に、はんだバンプ２６を形成する。
このリフロー炉５１は、搬送路１３内のはんだの融点以上の温度となる最高温度領域（図４では、第３ゾーン）に、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、好ましくは２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの超音波を発生させる超音波発生器５２を設けたもので、この点以外の構成については、従来のリフロー炉１１と全く同様である。

このリフロー炉５１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はんだボール４６が溶融すると共に、超音波発生器５２により、この溶融したはんだボール４６に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、好ましくは２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの超音波が印加される。

この溶融したはんだボール４６では、超音波が印加されることで、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を再配線層２５を伝って外部に容易に放散させることができる。これにより、溶融したはんだボール４６が凝固してはんだバンプ２６となった場合においても、これらの気体がはんだバンプ２６内に閉じ込められてしまう虞がなくなり、内部におけるボイドの数が極めて少ないはんだバンプ２６を作製することができる。

ここでは、超音波発生器５２を用いてはんだボール４６に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの超音波を印加しているが、超音波発生器５２以外の機械的に振動を発生させる振動装置を用いても、同様の効果が得られる。
この場合、はんだボール４６に１Ｈｚ〜１ＭＨｚの範囲の振動を加えることができるが、この場合においても、より好ましい振動数の範囲は１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚであり、更に好ましい振動数の範囲は２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚである。
以上により、ボイドの数が極めて少ないはんだバンプ２６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。

この様にして得られたはんだバンプ２６をＸ線顕微鏡を用いて観察したところ、ボイドが全く観察されなかったか、観察された場合であっても、そのポイドは直径比が５％以下の小さなものであった。
これに対し、従来のリフロー炉１１により作製されたはんだバンプ３をＸ線顕微鏡を用いて観察したところ、ボイドの直径比は１５％以上の大きなものであった。

本実施形態のＷＬＣＳＰによれば、樹脂ポスト２３の上面に円錐状凹部２４を形成し、この円錐状凹部２４に再配線層２５の第１の再配線層３１を形成したので、第１の再配線層３１上に搭載されるはんだバンプ２６の内部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２６の破壊等の不具合を防止することができる。したがって、はんだバンプ２６の信頼性を高めることができ、その結果、ＷＬＣＳＰ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２６の破壊等の不具合を減少させることができるので、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、ＷＬＣＳＰの低価格化を図ることができる。

このＷＬＣＳＰを電子機器に適用することにより、はんだバンプ２６内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減少させることができ、電子機器の品質を向上させることができる。
また、工程不良の発生頻度を減少させることで、製造歩留まりを向上させることができる。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、電子機器の製造コストを低減することができる。

「第２の実施形態」
図５は、本発明の第２の実施形態のＷＬＣＳＰの製造方法に用いられるリフロー工程用ホットプレートを示す断面図であり、このホットプレート６１は、プレート６２の内部に、はんだボール４６をはんだの融点以上の温度まで加熱するヒータ６３と、溶融したはんだボール４６に、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの超音波を発生させる超音波発生器６４とを設けたものである。

このホットプレート６１では、プレート６２の上面に載置された半導体ウエハ１は、ヒータ６３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はんだボール４６が溶融すると共に、超音波発生器６４により、この溶融したはんだボール４６に２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの超音波が印加される。

このように、溶融したはんだボール４６に超音波が印加されることで、はんだボール４６内部に発生する気体等を外部に容易に放散させることができる。これにより、溶融したはんだボール４６が凝固してはんだバンプ２６となった場合においても、これらの気体がはんだバンプ２６内に閉じ込められてしまう虞がなくなり、内部におけるボイドの数が極めて少ないはんだバンプ２６を作製することができる。
以上により、本実施形態においても、ボイドの数が極めて少ないはんだバンプ２６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。

「第３の実施形態」
図６は、本発明の第３の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、本実施形態のバンプ部が第１の実施形態のバンプ部と異なる点は、第１の実施形態のバンプ部では、樹脂ポスト２３の上面に円錐状凹部２４を形成したのに対し、本実施形態のバンプ部では、樹脂ポスト２３の上面に、内面が中心軸を軸心とする円錐台状である円錐台状凹部７１を形成した点である。

この円錐台状凹部７１は、直径が１３０〜１７０μｍ程度の円形の底面の周囲に上方に向かって拡径する内側面を形成したもので、この内側面は中心軸を軸心とする円錐状とされ、この内面と中心軸Ａｘとの間の角度（θ）は４５°〜８３°が好ましく、さらに好ましくは５５°〜８０°である。
この円錐台状凹部７１を形成する方法としては、第１の実施形態のＷＬＣＳＰの製造方法に基づいて円錐台状の樹脂ポスト４２を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて樹脂ポスト４２の上面に円錐台状凹部７１を形成する方法が取られる。
本実施形態のＷＬＣＳＰにおいても、第１の実施形態のＷＬＣＳＰと全く同様の効果を奏することができる。

なお、本発明では、樹脂ポスト２３の上面に形成される凹部の形状を、円錐状凹部２４、円錐台状凹部７１としたが、凹部の形状は上記の各実施形態に限定されることなく、様々な形状のものであってもよい。例えば、四角錐状凹部、六角錐状凹部等の角錐状凹部、あるいは、四角錐台状凹部、六角錐台状凹部等の角錐台状凹部としてもよい。

本発明の半導体装置では、はんだバンプ内部のボイドを減少させ、このボイドに起因するはんだバンプの破壊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。

本発明の第１の実施形態のＷＬＣＳＰのバンプ部を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態のＷＬＣＳＰの製造方法を示す過程図である。 本発明の第１の実施形態のＷＬＣＳＰの製造方法を示す過程図である。 本発明の第１の実施形態のＷＬＣＳＰの製造方法に用いられるリフロー炉を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態のＷＬＣＳＰの製造方法に用いられるホットプレートを示す断面図である。 本発明の第３の実施形態のＷＬＣＳＰのバンプ部を示す断面図である。 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。 従来のベルト搬送方式のリフロー炉の温度プロファイルの一例を示す図である。 従来のＷＬＣＳＰのバンプ部の内部にボイドが形成されている様を示す断面図である。

符号の説明

１…半導体ウエハ、２１…電極、２２…絶縁樹脂層、２３…絶縁性の樹脂ポスト（突起状樹脂）、２４…円錐状凹部、２５…再配線層、２６…はんだバンプ、２７…封止樹脂層、３１…第１の再配線層、３２…第２の再配線層、４１…樹脂層、４２…円錐台状の樹脂ポスト、４３…シード層、４３ａ…密着層、４３ｂ…給電層、４４…レジスト、４５…開口、４６…はんだボール、５１…リフロー炉、５２…超音波発生器、６１…ホットプレート、６２…プレート、６３…ヒータ、６４…超音波発生器、７１…円錐台状凹部。

Claims (6)

1. 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、第１の再配線層と第２の再配線層からなる再配線層と、前記第１の再配線層上に搭載されたはんだバンプとを備えてなり、
   前記凹部は、その内面が円錐状、円錐台状、角錐状、角錐台状のいずれか１種であり、前記内面に沿って一様な厚みで前記第１の再配線層が設けられ、前記第１の再配線層の外縁が露出するように、前記凹部内に前記はんだバンプの底部が載置されたことを特徴とする半導体装置。
2. 前記半導体基板及び前記突起状樹脂は、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されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 請求項１または２に記載の半導体装置を備えてなることを特徴とする電子機器。
4. 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突起状樹脂形成工程と、前記突起状樹脂を再度選択除去して該突起状樹脂の上面に、その内面が円錐状、円錐台状、角錐状、角錐台状のいずれか１種である凹部を形成する凹部形成工程と、この凹部上に一端部が前記電極に電気的に接続され、第１の再配線層と第２の再配線層からなる再配線層を形成する再配線層形成工程と、前記再配線層を覆う封止樹脂を形成する封止樹脂層形成工程と、前記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備えてなり、
   前記再配線層形成工程において、前記内面に沿って一様な厚みで前記第１の再配線層を形成し、
   前記封止樹脂層形成工程において、前記第１の再配線層を露出させるように、前記封止樹脂層をパターン形成し、
   前記はんだバンプ形成工程において、前記第１の再配線層の外縁を露出するように、かつ、前記凹部内に前記はんだバンプの底部が載置されるように、前記はんだバンプを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記はんだバンプ搭載工程は、前記はんだバンプが溶融した際に、この溶融はんだに１Ｈｚ〜１ＭＨｚの振動を付与する工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 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４または５に記載の半導体装置の製造方法。

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