JP5427394B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に半導体基板の開口部上にバンプ電極を形成する方法に特徴を有する半導体装置の製造方法に係るものである。
半導体基板の主面を有効に活用するため、外部基板等との電気的接続を取るボンディング用電極を、半導体チップの裏面に形成する技術が導入されている。この場合、裏面に形成された電極にハンダ等からなるバンプ電極２８を形成する技術がＣＳＰ技術の進展と共に採用され普及している。以下に、図５に基づいて、係るバンプ電極２８の形成方法について説明する。初めに、図５（ａ）に示すように、半導体基板２１の主面に酸化膜等からなる第１の絶縁膜２２を介して第１の配線２３を形成する。次に、半導体基板２１の裏面側から、その第１の配線２３の裏面が露出するように、当該半導体基板２１に開口部２４を形成する。
次に、前記開口部２４や半導体基板２１の裏面上に酸化膜等からなる第２の絶縁膜２５を形成し、その後、前記第１の配線２３の裏面を露出させ、当該配線２３の裏面に接続し、開口部２４内から裏面に延在する第２の配線２６を形成する。最後に、スクリーン印刷法等でハンダペースト等を裏面の開口部２４を含む領域に印刷等してハンダ層２７を形成し、その後、図５（ｂ）に示すように、ハンダ層２７のリフローを行うことにより第１の配線２３と接続されたバンプ電極２８を形成している。なお、第１の配線２３上には保護膜３０が形成されている。
このような、半導体基板２１の裏面にハンダ等によるバンプ電極２８を形成する技術については、以下の特許文献１等に記載されている。
特開２００７−１６５６９６号公報
従来は、前述のように、半導体基板２１の裏面に、第１の配線２３と接続する第２の配線２６が形成された開口部２４を被覆するように、厚くハンダペースト等によりハンダ層２７が形成されていた。そのためハンダペースト等と開口部２４との間に取り込まれた残存する気体３１がリフロー工程終了後にボイド２９を形成する場合がある為、脱泡処理をしながらハンダ層２７を形成する等の種々の対策が講じられていた。また、このような危険や工数増加を防ぐため、開口部２４から離れた位置にバンプ電極２８を形成することも実施されていた。係る対策が為されずボイド２９が発生した場合、当該ボイド２９が、その後の半導体基板２１の実装基板へ実装時の熱処理サイクルや実装後の半導体装置２１等の使用中の発熱により膨張収縮を繰り返し、当該部分にクラックを生ずる等の問題を引き起こす。また、ボイド２９内に残留するハンダペースト内等からの不純物が、バンプ電極２９等を腐食する恐れもある。したがって、脱泡処理等の余分な工程を導入することなく、バンプ電極２８内に取り込まれるボイド２９の発生を抑制し、係る問題を解消する事が課題となる。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の主面に第１の絶縁膜を介して第１の配線を形成する工程と、前記第１の配線を露出するために、前記半導体基板の裏面から当該半導体基板に開口部を形成する工程と、前記開口部及び前記裏面上に第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜上に、前記第１の配線と接続し前記開口部内から前記裏面上まで延在する第２の配線を形成する工程と、前記第１の配線上の前記第２の配線の一部並びに当該第２の配線の一部から延在する前記開口部の側壁の前記第２の配線と接続し、前記第２の配線を含む前記裏面領域上に延在するハンダ層を形成する工程と、前記ハンダ層をリフローする工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記ハンダ層が前記開口部を除く前記半導体基板の前記第２の配線を含む前記裏面上に形成されていること、前記ハンダ層が前記第２の配線を含む前記裏面領域上に前記開口部を囲んで形成されていること、前記ハンダ層がスクリーン印刷法で形成されること、前記ハンダ層がディスペンス法で形成されること、前記開口部が前記裏面側で広く、主面側で狭くなる傾斜面を有していること、前記開口部が円筒上に形成されていること等を特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体基板の裏面側から主面側に向けて形成された開口部内のハンダバンプ電極に取り込まれるボイドの発生を抑止することができる。
以下に、本発明の半導体装置の製造方法について、図面に従って説明する。
本発明の要部は、半導体基板１の裏面に形成されるバンプ電極９に係るものなので以下の図面も、半導体基板１の全体の記載は省略して、発明の要部であるバンプ電極９周囲についてのみ記載して説明を進める。先ず、図１（ａ）に示すように、その内部に拡散処理等により種々の半導体素子が形成された半導体基板１の主面に、酸化膜等からなる第１の絶縁膜２を介して、第１の配線３を形成する。第１の配線３は、例えばＡｌまたはＣｕ等を主体とする金属層から成り、半導体基板１内に形成された半導体素子と電気的に接続され、その表面には保護用の絶縁膜４が形成される。この場合、図１（ｂ）に示すように、絶縁膜４の上部に接着層１０を介してガラス、シリコン、プラスチック等から成る支持体１１を形成しても良い。
次に、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、所定のフォトエッチング工程を経ることにより、半導体基板１の裏面から主面に向かう開口部５を形成する。開口部５は、図１（ｃ）に示すように、裏面側が広く主面側に向かい徐々に狭くなる傾斜部１２を有するように形成されることが好ましい。開口部５の半導体基板１の主面側では第１の配線３の裏面の下部に形成されている第１の絶縁膜２を介して、第１の配線３の裏面に対峙する。次に、開口部５の底部及び側壁部から半導体基板１の裏面に延在する第２の絶縁膜６を形成する。
次に、図２に示すように、開口部５の底部の第１の配線３の裏面上の第１の絶縁膜２及び第２の絶縁膜６をエッチング除去してから、第１の配線に接続し開口部５内から半導体基板１の裏面に延在する第２の配線７を所定の工程を経ることにより形成する。なお、第２の配線７は、例えばＡｌ等を主体とする金属層から成り、第２の配線７上には例えばＮｉ、Ａｕ等から成る不図示のメッキ層が形成されている。また、前記第２の配線７は、Ｃｕを主体とする金属層から成るものでもよい。
次に、図３（ａ）に示すように、ハンダペースト等を、スクリーン印刷法またはディスペンス法等により印刷等し、開口部５内の一部から半導体基板１の裏面に延在するハンダ層８を形成する。ハンダ層８は開口部５の底部の第２の配線７の一部並びに前記第２の配線の一部から延在する開口部側壁の第２の配線７並びに半導体基板１の裏面の第２の配線７と接続している。
図３（ａ）に示すように、ハンダ層８は裏面の第２の配線７の存在しない領域まで形成されていても問題ない。逆に、ハンダ層８の裏面上での幅を大きくして、リフロー後のバンプ電極の高さを確保しようとする場合でも、半導体基板１の裏面のバンプ電極９の幅を小さく形成する事ができる。次のリフロー工程でハンダが、ハンダとの濡れの良い第２の配線７上に流れ込み、酸化膜上から除去されるからである。また、図３（ｂ）に示すように、ハンダ層８を、開口部５を除く、半導体基板１の裏面上に形成された第２の配線７上及びその外側にのみ延在させても良い。この場合、開口部５に上部が広く、内部に向かうに従い狭くなるように傾斜をつけるとハンダリフロー時にハンダが円滑に開口部５内に流れ込むので好ましい。また、同様の理由で、開口部５を角部の無い円筒状に形成するのが好ましい。
最後に、図４に示すように、ハンダをリフローするため所定温度での熱処理を加え、バンプ電極９を形成する。前述の如く、図３（ａ）のハンダ層８は融解し、その表面張力で表面は丸くなりつつ、第２の配線７をぬらしながら開口部５内に充填される。開口部５からあふれたハンダはハンダ層８の形成されていなかった裏面上の第２の配線７上まで流れる。最終的に、裏面上の第２の配線７端部にその端部を有するバンプ電極９を形成する。このリフロー工程において溶融ハンダは第２の配線７をぬらしながら開口部５を充填することから、溶融ハンダ内に気体が取り込まれることはなく、バンプ電極９内にボイド２９が形成されることを抑制する。
この場合、ハンダ層８は必ずしも図３（ａ）のように、開口部５内の一部まで被覆するよう形成する必要はない。図３（ｂ）に示すように、開口部５の外側の半導体基板１の裏面上の第２の配線７から、その外側に延在するように形成しても良い。図３（ｂ）では開口部５の両側にハンダ層８が形成されているが片側だけでも良い。ハンダ層８から溶融したハンダは第２の配線７をぬらしながら開口部５内に流れ込み、開口部５にボイドを形成することなく、開口部５内部を充填するからである。図３（ｂ）の場合、開口部５が円形に形成され、開口部５の出口部分が図３（ｂ）に示すような傾斜を有していれば、開口径の小さな開口部５だとしても、溶融したハンダが円滑に流れ、開口部５内を充填するため、ボイドフリーのバンプ電極９形成に有効である。
なお、本発明は、バンプ電極９を半導体基板１の裏面側に形成するものであるが、技術的思想が同一である限り、裏面側に限定されるものではなく、半導体基板１の主面側でも適用できることは言うまでもない。即ち、例えば、半導体基板１上の第１の配線を被覆するように形成された絶縁膜に開口部を形成し、前記第１の配線を露出させる。そして、前記開口部を含む絶縁膜上に前記第１の配線と接続する第２の配線を形成し、前記第２の配線上にハンダ層を形成する工程に適用するものでもよい。
本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 従来の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。
符号の説明
１ 半導体基板 ２ 第１の絶縁膜 ３ 第１の配線 ４ 絶縁膜
５ 開口部 ６ 第２の絶縁膜 ７ 第２の配線 ８ ハンダ層
９ バンプ電極 １０ 接着層 １１ 支持体 １２ 傾斜部
２１ 半導体基板 ２２ 第１の配線 ２４ 開口部 ２５ 第２の絶縁膜
２６ 第２の配線 ２７ ハンダ層 ２８ バンプ電極 ２９ ボイド
３０ 保護膜 ３１ 残存気体

Claims (7)

  1. 半導体基板の主面に第１の絶縁膜を介して第１の配線を形成する工程と、
    前記第１の配線を露出するために、前記半導体基板の裏面から当該半導体基板に開口部を形成する工程と、
    前記開口部及び前記裏面上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
    前記第２の絶縁膜上に、前記第１の配線と接続し前記開口部内から前記裏面上まで延在する第２の配線を形成する工程と、
    前記第１の配線上の前記第２の配線の一部並びに当該第２の配線の一部から延在する前記開口部の側壁の前記第２の配線と接続し、前記裏面上の前記第２の配線上から該第２の配線の外側の前記裏面領域上まで延在するハンダ層を形成する工程と、
    前記ハンダ層をリフローする工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 半導体基板の主面に第１の絶縁膜を介して第１の配線を形成する工程と、
    前記第１の配線を露出するために、前記半導体基板の裏面から当該半導体基板に開口部を形成する工程と、
    前記開口部及び前記裏面上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
    前記第２の絶縁膜上に、前記第１の配線と接続し前記開口部内から前記裏面上まで延在する第２の配線を形成する工程と、
    前記開口部を除く前記半導体基板の前記裏面上の前記第２の配線を含む前記裏面領域上にハンダ層を形成する工程と、
    前記ハンダ層をリフローする工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 前記ハンダ層が前記第２の配線を含む前記裏面領域上に前記開口部を囲んで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記ハンダ層がスクリーン印刷法で形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記ハンダ層がディスペンス法で形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記開口部が前記裏面側で広く、主面側で狭くなる傾斜面を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記開口部が円筒状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
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