JP6741264B2 - ウェハ上のアライメントマークを用いる半導体パッケージの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1の実施形態に係る半導体パッケージの製造方法に用いる半導体製造システム1は、図2に示すように、ウェハW上に半導体Aを製造するための半導体チップ製造装置3を構成する前工程用の単位処理装置群4と、半導体チップ製造装置3にて製造された半導体チップCをウェハWより大きなパッケージ基板Tに取り付けてパッケージして半導体パッケージPとする半導体パッケージ装置5を構成する後工程用の単位処理装置群6とで構成されている。これら前工程用および後工程の単位処理装置群4,6は、図1および図2に示すように、ミニマルファブ(minimal fabrication)構想に基づく複数の単位処理装置10にて構成されている。ここで、ミニマルファブ構想とは、多品種少量という半導体製造市場に最適なもので省資源・省エネルギー・省投資・高性能な多様なファブに対応でき、例えば特開2012−54414号公報に記載の生産をミニマル化させるミニマル生産システムを実現させるものである。
前工程用の単位処理装置群4は、ミニマルファブ構想において規格された所定の大きさのウェハWの表面に半導体Aを製造して半導体チップCとするまでの複数の単位処理装置10にて構成されている。また、前工程用の単位処理装置群4は、ウェハWの表面に製造する半導体Aの種類等に応じ、処理工程が異なる複数の単位処理装置10Aにて構成されている。
後工程用の単位処理装置群6は、前工程用の単位処理装置群4にて製造された半導体チップCをパッケージして半導体パッケージPとするまでの複数の単位処理装置10にて構成されている。そして、後工程用の単位処理装置群6は、半導体チップCの種類およびパッケージの種類等に応じ、処理工程が異なる複数の単位処理装置10Bにて構成されている。
次に、前工程用の単位処理装置群4による半導体チップCの製造方法について、図2および図3を参照して説明する。
まず、図2に示すように、前工程用の単位処理装置群4のうちの所定の単位処理装置10Aを用いてウェハWをSPM洗浄してから、この単位処理装置10Aに隣接して設置されている他の単位処理装置10AにてRCA洗浄を行う。
RCA洗浄した後のウェハWは、その上面である表面にドライエッチング用のレジスト液を塗布してから露光する。その後、図3(a)に示すように、ウェハWを現像してフォトレジスト21を形成してパターニングしてからSiドライエッチングを行い、第1のアライメントマーク22をウェハWの表面に形成する。この後、ウェハW上のフォトレジスト21の除去を行う。
第1のアライメントマーク22を形成したウェハWは、洗浄してからドライ酸化する。その後、ウェハWの表面にウェットエッチング用のレジスト液を塗布してから露光した後に現像して、このウェハWの表面に所定のレジストパターンを形成する。次いで、図3(b)に示すように、このウェハWを熱酸化膜ウェットエッチングしてSiO2層23を形成する。この後、ウェハW上のレジストを除去してから洗浄した後に不純物拡散剤24を塗布する。そして、不純物拡散剤24を塗布したウェハWを加熱処理して不純物拡散を行いソース・ドレイン不純物拡散領域となる拡散領域p+25を形成してからウェットエッチングを行い不純物拡散剤24の除去を行う。
次いで、ソース・ドレイン不純物拡散領域を形成したウェハWを洗浄してからドライ酸化して、図3(c)に示すように、ウェハWの表面にSiO2からなるゲート酸化膜26を形成する。
ゲート酸化膜26を形成したウェハWの表面にウェットエッチング用のレジスト液を塗布してから露光した後に現像して、このウェハWの表面にレジストパターンを形成してから熱酸化膜ウェットエッチングを行う。この後、図3(d)に示すように、ウェハW上のレジストを除去しゲートおよびソースまたはドレイン間のコンタクトホール27を形成する。
コンタクトホール27を形成したウェハWは、洗浄してからアルミニウム(Al)をスパッタリングして、例えば1μm以下の膜厚のAl層28をウェハWの表面に成膜する。その後、ウェハWの表面に、ウェットエッチング用のレジスト液を塗布してから露光した後に現像して、Al層28の表面に所定のレジストパターンを形成する。次いで、Alウェットエッチングを行い、ゲート電極G、ソース電極Sおよびドレイン電極Dを形成してから、ウェハW上のレジストをO2プラズマアッシングにて除去する。その後、これらゲート電極G、ソース電極Sおよびドレイン電極Dを形成したウェハWをH2にて焼成処理してH2シンタリングする。このとき、これらゲート電極G、ソース電極Sおよびドレイン電極Dとともに、Al層28のパターニングによって第1のアライメントマーク22が視認可能となる。
この後、図4(a)および図4(b)に示すように、例えばSiN等の保護膜であるパッシベーション膜29をゲート酸化膜26上に形成することによって、ウェハWの表面に半導体Aを形成した外径ハーフインチサイズの半導体チップCとなる。パッシベーション膜29は、ゲート電極G、ソース電極Sおよびドレイン電極Dの一部が露出するようにゲート酸化膜26上に設けられている。そして、パッシベーション膜29から露出しているゲート電極G、ソース電極Sおよびドレイン電極Dの一部がパッド部PAとなる。各パッド部PAは、図4(b)に示すように、半導体チップCの上面において略正方形状となるように等間隔に離間されて配置されている。なお、第1のアライメントマーク22は、図3(d)に示すように、ウェハWに凹状に形成しているが、図4(b)においては、模式的にウェハ上に図示している。
次に、後工程用の単位処理装置群6による半導体パッケージの製造方法(ウェハパッケージ方法)について、図2、図5〜図14を参照して説明する。
パッケージ基板Tは、図5(a)および図5(b)に示すように、ウェハWより大きな外形、例えば外径13.5mm、厚さ0.2mmの円盤状の鉄ニッケル合金(42アロイ)製である。パッケージ基板Tの外縁である外周には、位置決め用の位置決め部としてのDカットOが3か所ほど形成されている。これらDカットOは、パッケージ基板Tの外周の一部を直線状にカットしたオリフラ(オリエンテーション・フラット:orientation flat)である。また、これらDカットOは、パッケージ基板Tの表面と裏面とを識別することができるように、パッケージ基板Tの中心位置を基準として90°の角度を成した位置のそれぞれと、これらいずれか一方のDカットOの中心位置からパッケージ基板Tの中心位置を基準として120°の角度を成した位置とに形成されている。
そして、図2に示すように、後工程用の単位処理装置10のうちの所定の単位処理装置10Bを用い、図6(b)に示すように、パッケージ基板Tの表面に、接着する手段としてAgペースト31を塗布する。この状態で、半導体チップCの半導体Aを形成した側を上側に向けた状態とし、この半導体チップCの下面をAgペースト31上に載置して貼り合せる。このとき、図6(a)に示すように、パッケージ基板TのDカットOと、半導体チップCの第1のアライメントマーク22とを基準として、これらパッケージ基板Tと半導体チップCとのX,Y,θ方向における位置合わせを行う。その後、貼り合せたパッケージ基板Tおよび半導体チップCを加熱してAgペースト31を硬化してパッケージ基板T上に半導体チップCを接合する(取付工程)。
パッケージ基板T上に接合した半導体チップCを取り囲み、かつ各DカットOが露出するように、半導体チップCの表面にモールド樹脂を滴下して塗布した後、このモールド樹脂を塗布したパッケージ基板Tおよび半導体チップCを、図示しない金型内に入れて加圧しつつ加熱してモールド樹脂を硬化して、図7(a)および図7(b)に示すように、例えば外径12.8mm、膜厚0.1mmのモールド樹脂層32を形成する(樹脂層形成工程)。モールド樹脂層32は、半導体チップCの側面や半導体チップCの表面に露出しているパッド部PAのそれぞれを完全に覆っている。また、モールド樹脂層32は、各DカットOを露出させているものの、半導体チップCの表面に視認可能に形成した第1のアライメントマーク22上やパッド部PA上を覆っており、これら第1のアライメントマーク22およびパッド部PAを視認できない状態としている。
モールド樹脂層32から露出しているDカットOを基準として、予め作成したCADデータとのX,Y,θ方向における位置合わせ(アライアメント)を行い、半導体チップCの表面のモールド樹脂層32のうちの第1のアライメントマーク22付近上を覆うモールド樹脂層32を除去するレーザアブレーションを行う(除去工程)。このとき、図8(a)および図8(b)に示すように、半導体チップCの表面の各第1のアライメントマーク22が確実に視認可能となるように、各第1のアライメントマーク22の外形よりもある程度広い範囲のモールド樹脂層32の一部を除去するパターニングとする。すると、半導体チップCの表面の第1のアライメントマーク22上を覆うモールド樹脂層32を除去したスルーホール33が形成され、これらスルーホール33によって半導体チップCの表面側から第1のアライメントマーク22が視認可能な状態となる。
次いで、視認可能となった第1のアライメントマーク22を基準として、予め作成したCADデータとのX,Y,θ方向における位置合わせを行い、図9(a)および図9(b)に示すように、半導体チップCの表面のモールド樹脂層32に第2のアライメントマーク34を形成するためのレーザアブレーションを行う(マーク形成工程)。第2のアライメントマーク34は、第1のアライメントマーク22を基準として位置合わせを行っているため、DカットOを基準に位置合わせを行なう場合に比べ、精度良く形成することができる。
視認可能となった第1のアライメントマーク22を基準として、予め作成したCADデータとのX,Y,θ方向における位置合わせを行い、図10(a)および図10(b)に示すように、半導体チップCの表面のモールド樹脂層32のうちのパッド部PA上の一部のモールド樹脂層32を除去して露出するレーザアブレーションを行う。この結果、半導体チップCの表面の各パッド部PAは、モールド樹脂層32の一部を除去して形成したコンタクトホール35によって、半導体チップCの表面側に露出した状態となる。また、コンタクトホール35は、図10(b)に示すように、平面視略正方形状となるように所定の間隔を空けて形成されている(コンタクトホール形成工程)。
次いで、各コンタクトホール35によってパッド部PAの一部を露出した半導体チップCの表面を、CCPドライエッチングしてプラズマ清浄(デスミア加工)を行う。
この後、半導体チップCの表面に銅(Cu)をスパッタリングし半導体チップCの表面全体を覆う、例えば0.1μmの膜厚のCuスパッタ膜を形成する。このCuスパッタ膜は、半導体チップC上の第1および第2のアライメントマーク22,34の側面、スルーホール33にて視認可能な第1のアライメントマーク22上、コンタクトホール35にて露出したパッド部PA上、および第2のアライメントマーク34上のそれぞれを覆っている。よって、Cuスパッタ膜は、コンタクトホール35を介して各パッド部PAに電気的に導通している。
さらに、Cuスパッタ膜を形成した半導体チップCの表面をCu電解めっきして、図11(a)および図11(b)に示すように、例えば3μmの膜厚の導電膜であるCu膜36をモールド樹脂層32上に形成する。このとき、Cu膜36によって第1のアライメントマーク22が視認できなくなるとともに、第1のアライメントマーク22の膜厚が1μm以下でCu膜36の膜厚が3μmであることから、第1のアライメントマーク22を視認可能とするために形成したスルーホール33による段差も視認できなくなる。ただし、第2のアライメントマーク34は、モールド樹脂層32自体に形成しているため、第2のアライメントマーク34の段差は視認可能な状態となっている。
Cu膜36を形成した半導体チップCの表面にフォトレジスト用のレジスト液を塗布して、例えば1.0μmの膜厚のレジスト膜を形成する。次いで、レジスト膜を形成した半導体チップCをマスクレス露光してから現像して、図12(a)および図12(b)に示すように、Cu膜36上に所定のパターンのフォトレジスト37を形成する。このフォトレジスト37は、スルーホール33および第2のアライメントマーク34の部分のレジスト膜を除去している。また、フォトレジスト37は、各スルーホール33と第2のアライメントマーク34との間のそれぞれのCu膜36上のレジスト膜の一部が残され、この残したレジスト膜にて覆うCu膜36が、後述の第3のアライメントマーク38となる。さらに、フォトレジスト37を形成する際のマスクレス露光は、レジスト膜を介して第2のアライメントマーク34の段差が視認可能であることから、この第2のアライメントマーク34の段差を基準として、予め作成したCADデータとのX,Y,θ方向における位置合わせを行い、半導体チップC上のレジスト膜をパターニングして行う(パターン形成工程)。
次いで、フォトレジスト37を用い半導体チップCの表面をCuエッチングしてCu膜36をパターニングしてからCCPドライエッチングしてフォトレジスト37を除去し、電極層であるCu再配線層39を形成する。このとき、図13(a)および図13(b)に示すように、スルーホール33および第2のアライメントマーク34を覆うCu膜36を除去したフォトレジスト37としているため、追って、第1および第2のアライメントマーク22,34が視認可能となる。また、これら第1および第2のアライメントマーク22,34間に形成したCu再配線層39の一部が、次工程用の位置合わせ部としての第3のアライメントマーク38となる(配線パターン形成工程)。
さらに、第3のアライメントマーク38を基準として、予め作成したCADデータとのX,Y,θ方向における位置合わせを行い、図14(a)および図14(b)に示すように、Cu再配線層39を配線パターンとして形成した半導体チップCの表面にインクジェットプリンタにて、例えば30μmの膜厚のソルダレジスト層41を所定パターンに印刷してから紫外線(UV)硬化して、Cu再配線層39に連通したコンタクトホール42をソルダレジスト層41に形成する。このとき、第2のアライメントマーク34を基準として半導体チップCとCADデータとのX,Y,θ方向における位置合わせを行なってもよい。
その後、半導体チップCの表面にフラックス(図示せず)を塗布してからソルダレジスト層41に形成したコンタクトホール42のパターン、すなわちホールパターンを基準として、はんだボール43が通過するマスクとのX,Y,θ方向における位置合わせを行う。次いで、図15(a)および図15(b)に示すように、半導体チップCの表面のソルダレジスト層41の各コンタクトホール42に、例えば直径0.4mmのはんだボール43を搭載した後に加熱処理して各はんだボール43の一部を溶融し半導体チップC上のCu再配線層39に電気的に接続する。この結果、外径ハーフインチサイズの半導体チップCを、外径13.5mmのパッケージ基板T上にパッケージしたダイアタッチ方式のBGA(Ball grid array)タイプの半導体パッケージPとなる。
ミニマルファブ構想に適用させた外径12.5mmのウェハWや外径13.5mmのパッケージ基板Tは、それぞれが比較的小さな寸法である。このため、半導体Aを形成したウェハWを精度良くパッケージ基板T上に取り付けてパッケージするためには、これらウェハWおよびパッケージ基板Tの厚さや大きさを均一にする必要がある。しかしながら、これらウェハWやパッケージ基板Tを製造する上で、これらウェハWおよびパッケージ基板Tの厚さや大きさを均一にすることは非常に難しく実際には個々のウェハW間やパッケージ基板T間にばらつきが生じてしまうおそれがある。
次に、本発明に係る第2の実施形態について、図16および図17を参照して説明する。
次に、本発明に係る第3の実施形態について、図18および図19を参照して説明する。
また、上記第3の実施形態とは異なり、図20に示す第4の実施形態のように、各ウェハW,W1,W2上を覆うモールド樹脂層32の一部をそれぞれ除去して第1のアライメントマーク22を視認可能とし、モールド樹脂層32を形成する前の状態で各ウェハW,W1,W2上に形成されている第1のアライメントマーク22を基準として、各ウェハW,W1,W2のモールド樹脂層32上に第2のアライメントマーク34をそれぞれ形成してもよい。
なお、上記各実施形態では、ミニマルファブ構想に適合したハーフインチサイズ(径12.5mm)のウェハWと、このウェハWを取り付ける外径13.5mmのパッケージ基板Tとを用いた半導体パッケージの製造方法としている。しかしながら、本発明はこれに限定されることはなく、例えば1インチのウェハを用いたり、外径13.5mm以外の大きさのパッケージ基板を用いたりする半導体パッケージの製造方法であっても対応して用いることができる。また、ハーフインチサイズの半導体チップCを外径13.5mmのパッケージ基板T上にパッケージしたダイアタッチ方式のBGAタイプの半導体パッケージPに限らず、例えばフリップチップ方式のBGAタイプ等の他のパッケージ構造の半導体パッケージであっても対応して用いることができる。
2 筐体
2a 装置上部
2b 装置下部
2c 操作パネル
2d 前室
2e ドッキングポート
3 半導体チップ製造装置
4 単位処理装置群(前工程)
5 半導体パッケージ装置
6 単位処理装置群(後工程)
7 シャトル(前工程用)
8 シャトル(後工程用)
9 PLADシステム
10 単位処理装置
10A 単位処理装置(前工程用)
10B 単位処理装置(後工程用)
11 処理装置本体
21 フォトレジスト
22 第1のアライメントマーク
23 SiO2層
24 不純物拡散剤
25 拡散領域p+
26 ゲート酸化膜
27 コンタクトホール
28 Al層
29 パッシベーション膜
31 Agペースト
32 モールド樹脂層
33 スルーホール
34 第2のアライメントマーク
35 コンタクトホール
36 Cu膜
37 フォトレジスト
38 第3のアライメントマーク
39 Cu再配線層(配線パターン)
41 ソルダレジスト層
42 コンタクトホール
43 はんだボール
51 ベース基板
W,W1,W2 ウェハ
A 半導体
C 半導体チップ
T パッケージ基板(基板)
P 半導体パッケージ
m 支持部
G ゲート電極
S ソース電極
D ドレイン電極
PA パッド部
O Dカット(位置決め部)
Claims (8)
- 上面に第1のアライメントマークおよびパッド部が形成されたウェハを、前記ウェハより大きな外形を有し外縁に位置決め用の位置決め部が形成された基板上にパッケージする半導体パッケージの製造方法であって、
前記第1のアライメントマークおよび前記位置決め部を基準として、前記基板上に前記ウェハを取り付ける取付工程と、
前記位置決め部を露出させた状態で前記ウェハ上に樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
前記樹脂層から露出する前記位置決め部を基準として、前記樹脂層の一部を除去することにより、前記第1のアライメントマークを視認可能とする除去工程と、
前記第1のアライメントマークを基準として、前記樹脂層上に第2のアライメントマークを形成するマーク形成工程と、
前記第2のアライメントマークを基準として、前記パッド部に導通する配線パターンを前記樹脂層上に形成する配線パターン形成工程と、
を具備することを特徴とする半導体パッケージの製造方法。 - 請求項1記載の半導体パッケージの製造方法において、
前記配線パターン形成工程は、前記第1のアライメントマークを基準として、前記パッド部を露出させるコンタクトホールを前記樹脂層に形成してから、前記第2のアライメントマークを基準として、前記コンタクトホールを介して前記パッド部に導通する前記配線パターンを形成する
ことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。 - 請求項2記載の半導体パッケージの製造方法において、
前記マーク形成工程および前記配線パターン形成工程は、レーザ光を用いて前記第2のアライメントマークおよび前記コンタクトホールを形成する
ことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。 - 請求項1ないし3のいずれか一項に記載の半導体パッケージの製造方法において、
前記基板は円盤状で、
前記位置決め部は前記基板の外周の一部を直線状にカットして形成されている
ことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。 - 請求項1ないし4のいずれか一項に記載の半導体パッケージの製造方法において、
前記ウェハは外径12.5mmの円盤状で、
前記基板は外径13.5mmの円盤状である
ことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。 - 上面に第1のアライメントマークおよびパッド部が形成されベース基板上に設置された複数のウェハを、前記ベース基板より大きな外形を有し外縁に位置決め用の位置決め部が形成された基板上にパッケージする半導体パッケージの製造方法であって、
前記複数のウェハのうちの少なくともいずれか一つの前記ウェハの第1のアライメントマークおよび前記位置決め部を基準として、前記基板上に前記複数のウェハを取り付ける取付工程と、
前記位置決め部を露出させた状態で前記複数のウェハ上に樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
前記樹脂層から露出する前記位置決め部を基準として、前記樹脂層の一部を除去することにより、前記複数のウェハのうちの少なくともいずれか一つの前記ウェハの第1のアライメントマークを視認可能とする除去工程と、
前記第1のアライメントマークを基準として、前記樹脂層上に第2のアライメントマークを形成するマーク形成工程と、
前記第2のアライメントマークを基準として、前記パッド部に導通する配線パターンを前記樹脂層上に形成する配線パターン形成工程と、
を具備することを特徴とする半導体パッケージの製造方法。 - パッド部を備えたウェハと、
前記ウェハの上面に形成された第1のアライメントマークと、
位置決め用の位置決め部を外縁に備え、前記ウェハが上面にパッケージされ、前記ウェハより大きな外形の基板と、
前記位置決め部が露出し前記第1のアライメントマークを視認可能な状態として前記ウェハ上に形成された樹脂層と、
前記樹脂層上に形成された第2のアライメントマークと、
前記樹脂層上に形成され前記パッド部に導通する配線パターンと、
を具備することを特徴とする半導体パッケージ。 - ベース基板と、
パッド部をそれぞれ備え前記べース基板上に並べて設置された複数のウェハと、
前記複数のウェハそれぞれの上面に形成された第1のアライメントマークと、
位置決め用の位置決め部を外縁に備え、前記ベース基板が上面に設置されて前記複数のウェハのそれぞれが上面にパッケージされ、前記ベース基板より大きな外形の基板と、
前記位置決め部が露出し前記複数のウェハのうちの少なくともいずれか一つの前記ウェハの前記第1のアライメントマークを視認可能な状態として前記複数のウェハ上に形成された樹脂層と、
前記樹脂層上に形成された第2のアライメントマークと、
前記樹脂層上に形成され前記パッド部に導通する配線パターンと、
を具備することを特徴とする半導体パッケージ。
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