KR20080003832A - 반도체 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20080003832A
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고쿠리츠 다이가쿠 호진 큐슈 코교 다이가쿠
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Abstract

본 발명은 기판의 한쪽에 위치하는 제1 배선부와, 다른쪽에 위치하는 제2 배선부를 배선 접속한다. 제1 배선부에 접속되는 측면 전극을 형성하고, 제2 배선부를, 기판 상에 형성한 절연층 상에 형성한다. 개개의 반도체 패키지에 개편화하도록 완전히 절단하였을 때에 형성되는 제2 배선부의 노출단과, 측면 전극을 나노 금속 입자를 사용하여 잉크젯 방식에 의해 배선한다. 특히 동을 사용하였을 때는 잉크젯 방식에 의한 배선을, 원자상 수소에 의해 금속 표면 산화막의 환원 및/또는 유기물의 제거 처리를 한다.
배선, 측면 전극, 반도체 패키지, 잉크젯 방식, 환원

Description

반도체 패키지 및 그 제조방법{Semiconductor package and method for manufacturing same}
본 발명은 기판의 한쪽에 위치하는 배선부와, 다른쪽에 위치하는 배선부를, 나노 금속 입자를 사용하여 잉크젯 방식에 의해 측면에서 배선 접속하는 반도체 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
LSI 칩의 고집적화에 따라, 패키지 사이즈의 축소화도 강하게 요구되고 있으며, 여러 가지 실장 패키지 구조가 제안되어 있다. 최근, 반도체 베어칩에 관통 전극을 형성하여 적층하고자 하는 개발이 성황리에 행해지고 있다. 한편, 리얼 사이즈의 양면 전극 패키지도 지금부터 제품화될 가능성이 높다. 어느 기술에 있어서도, 종래의 양면 전극 패키지는 항상 관통 전극 구조를 필요로 하지만, 현재의 관통구멍의 절연방법은 고온으로 처리되기 때문에 반도체의 실장 프로세스에 대한 적용은 곤란하였다. 이와 같이, 반도체 기판으로의 관통구멍의 형성과 그 절연방법에는 아직 과제가 남겨져 있고, 관통 전극을 필요로 하지 않고 배선하는 것이 요망된다.
한편, 최근, 나노 금속 입자가 개발되어 있다. 재료로서는 동, 은, 금 등이 있다. 이들 미립자는 잉크젯 방식으로 직접 묘화할 수 있는 것에 큰 특징적 장점 이 있다. 유기용매중에 나노 금속 입자가 함유되어 있고, 그것을 프린터에서 실용되어 있는 잉크젯법으로 소망의 패턴을 그리는 방법이다. 은이나 금과 같은 귀금속은 원래 산화되기 어렵지만, 동의 경우는 은이나 금과 비교하면 산화되기 쉬운 성질을 가진다． 배선 패턴 묘화 후는 유기용매를 증발시키고, 또한 동 입자끼리를 부착시키는 열처리(200 내지 300℃ 정도)가 필요하다. 그렇지만, 그 열처리 중에도 동의 표면은 산화되어 버린다. 나노 금속 입자로서는 표면 부분의 원자의 비율이 크기 때문에, 표면 산화동 형성에 의해 배선 저항이 커진다는 문제점이 있다.
또한, 열처리만으로는 유기용매를 충분히 제거할 수 없기 때문에, 동 배선의 저항률을 낮추지 않고, 배선으로서 이용할 수 없는 것이 현상황이다. 묘화후의 저저항화에 관하여, 특히 동으로서는 아직 충분한 해결법을 찾지 못하고 있다.
잉크젯 방식 등의 직묘(直描)방식이 아닌, 레지스트에 혼합하여 리소그래피를 사용하는 기술에 있어서는 동의 저저항화는 여러 가지로 제안되어 있고, 예를 들면, 특허문헌 1이 알려져 있다. 여기에서 사용하고 있는 환원 열 처리 기술은 4% 이하의 분자상(H2) 수소를 포함한 불활성 가스중(또는 진공중)에서, 200 내지 450℃에서의 온도에서 행하고 있다. 이와 같이, 이러한 기술은 동의 미립자는 사용하지만, 직묘 방식이 아니며, 환원 온도가 200 내지 450℃로 높아지고 있다. 이것만 고온이면 반도체의 실장영역에서는 사용하는 것이 곤란하다.
특허문헌 1 일본 공개특허공보 2002-75999호
발명이 해결하고자 하는 과제
본 발명은 이러한 문제점을 해결하여, 관통 전극기술을 필요로 하지 않고, 용이하게 양면 전극 패키지를 제조하여, 공급하는 것을 목적으로 하고 있다. 이로써, 웨이퍼 레벨 타입 양면 전극 패키지, 리드 프레임 타입 양면 전극 패키지, 또는 유기기판형 양면 전극 패키지(BGA 타입)의 제조를 가능하게 하여, 종래의 휴대전화에 대한 응용 이외에 각종 센서(소리, 자기, 압력 등)용 패키지로서도 유효하다.
또한, 본 발명은 나노 금속 입자를 사용한 잉크젯 방식으로 측면 배선을 형성한다. 특히, 동을 사용하였을 때는 표면 산화동 형성에 의해 배선저항이 커진다는 문제점을 해결하여, 묘화 후의 저저항화를 도모하여, 반도체에 실장 가능하게 하는 것을 목적으로 하고 있다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명의 반도체 패키지 및 그 제조방법은 기판의 한쪽에 위치하는 제1 배선부와, 다른쪽에 위치하는 제2 배선부를 배선 접속한다. 제1 배선부에 접속되는 측면 전극을 형성하고, 제2 배선부를, 기판 상에 형성한 절연층 상에 형성한다. 개개의 반도체 패키지에 개편화하도록 완전히 절단하였을 때에 형성되는 제2 배선부의 노출단과, 측면 전극을 나노 금속 입자를 사용하여 잉크젯 방식에 의해 배선한다. 잉크젯 방식에 의한 배선을 하는 나노 금속 입자는 나노동 금속 입자이고, 이 나노동 금속 입자에 의한 배선을, 원자상 수소에 의해 금속 표면 산화막의 환원 및 또는, 유기물의 제거를 처리한다.
본 발명의 반도체 패키지 및 그 제조방법은 LSI 형성면 및 제1 배선부가 위치하는 기판의 한쪽에서, 측면 전극을, 상기 제1 배선부에 접속되는 포스트 전극과 동일한 높이로 하여, 상기 포스트 전극과 동시에 형성하고, 또한, 웨이퍼로부터 개개의 칩으로 절단하였을 때에 노출하도록 칩단과 스크라이브 라인의 양쪽에 걸치도록 배치한다. 개개의 반도체 패키지에 개편화하도록 완전히 절단할 때, 스크라이브 라인으로 밀려나온 측면 전극도 동시에 절단함으로써, 패키지 단면에 측면 전극을 노출시켜 형성한다.
기판의 한쪽에는 이미지 센서 형성면과, 그 위에 투명 절연막을 형성하고, 이 투명 절연막을 통하여 외부로부터의 광선이, 이미지 센서 형성면의 수광소자영역에 입사할 수 있도록 하여, 이미지 센서 패키지를 구성할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 패키지 및 그 제조방법은 기판을, 유기기판 및 그 위에 접착된 반도체칩으로 구성한다. 제1 배선부는 유기기판의 최상층에 형성되어 있는 금속 패드부에 접속되는 측면 전극을 포함하고, 유기기판의 배선패턴과 전기적으로 접속한 반도체칩 상을, 일괄 몰드에 의해 밀봉하여 절연층을 형성하고, 또한, 상기 절연층 상에 제2 배선부를 배선한다. 개개의 반도체 패키지에 개편화하도록 완전히 절단하였을 때에 형성되는 제2 배선부의 노출단과, 측면 전극의 사이를, 잉크젯 방식에 의해 배선한다.
또한, 본 발명의 반도체 패키지 및 그 제조방법은 기판을, 리드 프레임 및 그 다이패드 상에 접착된 반도체칩으로 구성한다. 제1 배선부는 리드 프레임의 이너 리드부 및 아우터 리드부를 포함하고, 상기 리드 프레임의 이너 리드부와 전기적 접속한 반도체칩 상을, 일괄 몰드에 의해 밀봉하여 절연층을 형성하고, 또한, 상기 절연층 상에 제2 배선부를 배선한다. 리드 프레임을 주위의 회로와 전기적으로 접속하기 위한 아우터 리드부는 그 선단 단면(斷面)이, 리드 프레임 이면(裏面) 뿐만 아니라, 측면으로도 노출시켜 측면 전극으로 한다. 개개의 반도체 패키지에 개편화하도록 완전히 절단하였을 때에 형성되는 제2 배선부의 노출단과, 측면 전극 사이를, 잉크젯 방식에 의해 배선한다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 관통구멍을 형성하지 않더라도 양면 전극 패키지가 가능해지기 때문에, 종래의 휴대전화로의 응용 이외에 각종 센서(소리, 자기, 압력 등)용 패키지로서도 유효하게 된다.
본 발명은 휴대전화 등, 고밀도 실장을 필요로 하는 기기에 있어서, 비교적 큰 칩 사이즈(예를 들면 5mm구 이상)로 관통 전극기술을 필요로 하지 않고, 용이하게 웨이퍼 레벨 타입 양면 전극 패키지를 제조하여, 공급할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 칩 사이즈가 작아 웨이퍼 레벨로서는 대응할 수 없는 분야에도 대응할 수 있는 리드 프레임 타입 양면 전극 패키지 또는 유기기판형 양면 전극 패키지(BGA 타입)를 제공하고, 예를 들면 마이크 직결의 DSP용 패키지나 자기센서, 압력센서 등 처리 프로세서의 칩 사이즈가 작은 LSI에 유효하다. 통상의 리드 프레임 기술을 사용할 수 있기 때문에 저렴한 비용으로 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 핫 와이어(Hot-Wire)법의 금속 촉매로 분해한 원자상의 수소(H)로, 감압하에서 환원하기 때문에, 그 환원 활성이 분자형의 수소보다 훨씬 높고, 그렇기 때문에, 환원 온도는 보다 저온에서 가능해진다. 이로써, 본 발명은 반도체 장치의 제조에 적용하고, 특히, 동을 사용하여 배선 묘화한 후의 저저항화를 도모하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 양면 전극 패키지를, 웨이퍼 레벨 반도체에 적용한 제 1 예를 도시하는 칩 상면도 및 측면도.
도 2는 본 발명의 양면 전극 패키지를, 웨이퍼 레벨 반도체에 적용한 제 1 예를 도시하는 칩 이면도 및 측면도.
도 3은 반도체 장치를 포스트 전극부로 절단한 단면도.
도 4는 반도체 웨이퍼의 이면에 대하여, 나노 금속 입자를 사용하여 잉크젯으로 하는 재배선을 도시하는 도면.
도 5는 칩의 절단을 설명하는 도면.
도 6a는 하프 컷이 이루어져 있는 경우에 관해서, 완전히 절단한 상태의 칩 절단 후를 도시하는 도면이고, 도 6b는 실리콘 기판 절단측면의 전체면에 절연을 실시한 후에 측면 배선한 완성도.
도 7a는 도 6과 같은 도면이지만, 하프 컷하지 않고 완전히 절단한 경우의 칩 절단 후를 도시하는 도면이고, 도 7b는 절연 후에 측면 배선한 완성도.
도 8a는 도 7과 같은 도면이지만, 실리콘 기판 절단 측면의 절연을 필요한 개소에만 실시한 도면이고, 도 8b는 측면 배선 후의 완성도.
도 9는 본 발명의 양면 전극 패키지를, 리드 프레임에 적용한 제 2 예를 도시하는 사시도 및 측면도.
도 10은 리드 프레임의 내부, 및 단면을 도시하는 도면.
도 11은 리드 프레임의 하면도 및 측면도.
도 12는 섬형상으로 일괄 몰드한 상태의 리드 프레임을 예시하는 도면.
도 13은 몰드 전면에 형성되는 배선 및 범프 전극에 관해서 설명하는 도면.
도 14는 절단된 상태의 리드 프레임 패키지를 예시하는 도면.
도 15는 1개의 배선만이 종료한 도중 경과도.
도 16은 본 발명의 양면 전극 패키지를, 유기기판형인 것에 적용한 제 3 예를 도시하는 사시도 및 단면도.
도 17은 본 발명의 양면 전극 패키지를, 이미지 센서 패키지에 적용한 제 3 예를 도시하는 사시도 및 측면도.
도 18은 동 배선 세정장치로서 사용한 처리장치의 단면의 개략도.
이하, 예시에 근거하여 본 발명을 설명한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 양면 전극 패키지를, 웨이퍼 레벨 반도체에 적용한 제 1 예를 도시하는 칩 상면도 및 이면도를 각각 도시하고 있다. 반도체 장치의 제조에 있어서는 두께 수 100㎛의 반도체 기판을 준비한 후, 이 반도체 기판의 상면(제 1 주면)의 LSI 형성면에 회로(회로 소자)를 형성한다. 또한, 반도체 기판의 상면에는 다층 배선부가 형성된다. 이하의 설명에 있어서, 반도체(Si) 기판 상에 형성되는 LSI 형성면 및 다층 배선부가 위치하는 측을, 상면측이라고 칭하고, 그 반대측을 이면(제 2 주면)측이라고 칭한다.
예시한 양면 전극 패키지는 상면측과 이면측을 접속하는 측면 배선에 특징을 갖고 있다. Si 기판의 상면측에서는 LSI 형성면 및 다층 배선부(LSI 상면 재배선)가 형성되고(도시생략), 또한, 이 LSl 상면 재배선 상의 소정 위치에 접속하기 위해서, 거기에 주상의 Cu 포스트 전극(도 3 참조)을 복수 형성한다. 이 포스트 전극은 상면 절연층으로 덮는 동시에, 그 선단에는 외부 접속용의 범프 전극이 형성된다.
한편, 도 2에 예시하는 Si 기판의 이면측에서는 이면 절연층을 도포한다. 이러한 이면 절연층 상에, 이면 재배선을 실시한다. 이 이면 재배선은 본 발명의 특징으로 하는 측면 배선을 통하여, 상면측의 다층 배선부의 소망 개소에 접속된다. 이 측면 배선은 상면측에 형성된 측면 전극과, 이면측에서 형성된 이면 전극을 잉크젯 방식에 의해 접속함으로써 행해지지만, 그 상세한 것은 후술한다. 이면 재배선 상에, 보호막이 도포된다. 또한, 재배선 상의 범프 형성부 상의 보호막에 개구를 형성하고, 여기에, 범프 전극을 형성한다.
이로써, 상면측과 이면측의 양면에 외부접속용의 범프 전극을 구비하고, 다른 반도체 장치 등과 적층하여 사용할 수 있는 적층형 반도체 장치가 구성된다.
다음에, 이러한 적층형 반도체 장치의 제조에 관해서, 반도체 장치를 포스트 전극부에서 절단한 단면도를 도시하는 도 3을 참조하여 더욱 설명한다. 반도체 장치의 제조에 있어서는 두께 수100㎛의 반도체(Si) 기판을 준비한 후, 이 반도체 기판의 상면측의 LSI 형성면에 회로(회로 소자)를 형성하고, 또한 그 위에는 리소그래피, 잉크젯 등의 수단에 의해 다층 배선부(재배선부)가 형성된다(도시 생략). 이 다층 배선부를 통하여, 후술하는 것처럼 형성되는 포스트 전극과 측면 전극이 접속된다.
이 반도체 기판의 상면측에서, 다층 배선부의 소정 위치에 접속하기 위해서, 거기에 주상의 Cu 포스트 전극, 및 그것과 같은 높이의 측면 전극(도 1 또는 도 6 참조)을 각각 복수 동시에 형성한다. 측면 전극은 웨이퍼로부터 개개의 칩으로 절단하였을 때에 노출하도록 칩단과 스크라이브 라인의 양쪽에 걸치도록 배치된다.
다음으로, 도 3에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판의 상면에 상면 절연층을 형성한다. 포스트 전극은 상면 절연층에 덮인다. 상면 절연층은 에폭시수지나 폴리이미드수지 등 절연성의 유기수지가 사용된다. 상면 절연층은 예를 들면, 플라스틱몰드(웨이퍼 상면 몰드)에 의해서 형성한다. 다음으로, 상면 절연층의 표면을, 포스트 전극의 선단이 노출되도록 연마한다. 연마량이 많으면, 포스트 전극의 두께가 얇아져서, 상면 절연층의 두께도 얇아진다.
후의 공정에서 행해지는 측면 배선은 실리콘 기판의 측면에서 잉크젯 방식에 의해 행해지기 때문에, 실리콘 기판을 연삭할 필요는 없지만, 상면 몰드면을 지지체로 하여 실리콘 기판을, 예를 들면 100㎛ 전후까지 연삭하여, 실리콘 기판 두께를 얇게 하더라도, 상면 절연층이 두껍고 강성 작용이 작용한 웨이퍼 전체의 강도를 유지할 수 있다.
다음으로, 반도체 기판의 이면측에서, 이면 절연층을 형성한다. 이면 절연층의 두께는 최저라도 전기적 절연을 도모할 수 있는 두께로 한다. 이 단계에서, 이 이면 절연층을 위로 하여, 웨이퍼로부터 칩을 하프 컷하여도 좋다. 단, 하프 컷에 의해 형성된 홈 내에, 후의 공정에서 들어간 배선 재료가 실리콘 기판과 쇼트하지 않도록, 하프 컷은 이면 절연층의 도중까지 행한다.
다음에, 이러한 이면 절연층 위에, 이면 전극용 배선(재배선)을 실시한다. 이 이면 전극용 배선은 잉크젯 방식에 의해 행한다. 상술한 하프 컷이 이루어지고 있는 경우는 하프 컷에 의해 형성된 홈 내에도 배선 재료가 들어간다. 반도체 장치의 제조에 있어서는 일반적으로, 면적이 넓은 반도체 웨이퍼가 준비되고, 그 후, 각 처리를 거쳐서, 최종적으로는 종횡으로 절단 분리하여 다수의 반도체 소자(반도체 칩)를 형성하게 되지만, 도 4는 이 반도체 웨이퍼의 이면에 대하여, 나노 금속 입자를 사용하여 잉크젯으로 하는 재배선을 도시한다. 또는, 이 재배선은 스크린 인쇄로도 할 수 있다.
다음으로, 칩은 완전히 절단된다. 도 5는 이러한 칩의 절단을 설명하는 도면이다. 면적이 넓은 반도체 웨이퍼의 상면에, 소정의 회로 소자를 포함하는 단위회로가 형성된다. 이 단위회로는 웨이퍼의 상면에 종횡으로 정렬 배치 형성된다. 그 후도, 웨이퍼 레벨로, 상술한 포스트 전극, 측면 전극의 형성이라든가 절연막의 형성을 포함하는 각 처리를 한다. 그리고, 최종적으로는 종횡으로 절단분리하여 다수의 반도체 소자(반도체 칩)를 형성하게 된다. 측면 전극은 상술한 바와 같이, 웨이퍼로부터 개개의 칩으로 절단하였을 때에 노출되도록 칩단과 스크라이브 라인의 양쪽에 걸치도록 배치되어 있다.
도 6a는 하프 컷이 이루어져 있는 경우에 관해서, 완전히 절단한 상태의 칩 절단 후를 도시하는 도면이고, 도 6b는 실리콘 기판 절단 측면의 전면에 절연을 실시한 후에 측면 배선한 완성도를 도시하고 있다. 도 7a는 도 6과 같은 칩 절단 후를 도시하는 도면이고, 도 6b는 절연 후에 측면 배선한 완성도를 도시하지만, 하프 컷하지 않고 완전히 절단한 경우를 도시한다. 도 8a는 도 7과 같은 도면이지만, 실리콘 기판 절단 측면의 절연을 필요한 개소에만 실시한 도면이고, 도 8b는 측면 배선 후의 완성도를 도시한다.
상술한 하프 컷이, 도 6에 도시하는 바와 같이 이루어져 있는 경우, 이러한 완전 절단 시의 블레이드의 이(齒)는 하프 컷보다 좁은 것을 사용한다. 또한, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 하프 컷하지 않고, 개개의 칩으로 완전히 절단하는 것도 가능하다. 어느 경우도, 완전히 절단하였을 때에는 스크라이브 라인으로 밀려나온 측면 전극도 동시에 절단하여, 칩단면에 측면 전극이 노출된다. 이면 전극이란, 하프 컷하지 않고 완전히 절단된 경우는 절단에 의해 노출된 이면 전극용 배선(재배선)의 단면(도 7a 및 도 8a 참조)을 의미하며, 또한, 미리 하프 컷되어 있는 경우는 하프 컷에 의해 형성된 홈 내에, 배선 재료가 들어감으로써 형성된 전극부분(도 6a 참조)을 의미한다.
도 6 내지 도 8에 도시하는 어느 경우도, 칩 절단 후, 측면 배선하기 전에 실리콘 기판 절단면을 절연한다. 이 절연은 도 6b 또는 도 7b에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판 절단 측면의 전면에 절연막을 형성함으로써 행할 수 있다. 또는, 도 8a에 도시하는 바와 같이, 나중에 측면 배선되는 개소에만 부분적으로 절연막을 형성할 수 있다. 이들 절연막의 형성은 예를 들면, 절연재(예를 들면, 에폭시계 수지)를 잉크젯 방식에 의해 도포한다.
도 6 내지 도 8에 도시하는 어느 경우도, 실리콘 기판 측면의 절연 후에 측면 배선을 한다. 이 측면 배선은 칩 상면측에 형성된 측면 전극과, 칩 이면측에 형성된 이면 전극을, 나노 금속 입자를 사용한 잉크젯 방식에 의해 접속함으로써 행한다.
측면 배선을 하는 잉크젯 방식은 나노 금속 입자, 예를 들면, 동 이외에, 금, 은, 백금, 바륨, 텅스텐, 니켈, 탄탈, 비스무스, 납, 인듐, 주석, 아연, 티탄, 또는 알루미늄 등의 저저항의 금속을 사용하여 행한다. 특히, 나노동 금속 입자를 사용한 잉크젯 방식으로 형성한 동 배선의 유기용매에 의한 오염이나 산화물은 실온 이상 200℃ 이하의 저온에서 제거한다. 그 상세한 것은 후술한다. 그리고, 칩 측면과 이면 재배선 상에 소울더 레지스트를 도포한다.
다음으로, 이면측 및 상면측의 각각에 있어서, 범프 전극을 형성한다. 이것은 각각의 측에서, 범프 형성부 상의 절연막에 개구를 형성하고, 여기에, 범프 전극을 형성한다. 상면측 및 이면측 각각에 형성되는 범프 전극은 예를 들면, 땜납볼, 금볼, 표면이 금도금된 동볼 등에 의한 범프 전극, 스크린 인쇄와 가열에 의한 돌기전극, 또는 잉크젯에 의한 볼록부 형성에 의한 전극 등이다.
이상에서 설명한 반도체 장치는 상면과 이면의 양면에 외부 접속용의 범프 전극을 구비하는 베어칩 적층 구조를 예로서 설명하였다. 이러한 반도체 장치는 이 상면 또는 하면, 또는 그 양쪽에 다른 반도체 장치를 적층하는 것이 가능해지고 있다. 적층해야 할 반도체 장치의 얼라인먼트를 행해 접속부분이 겹치도록 하여, 노(瀘)를 통하여 접속부분의 돌기전극을 일시적으로 가열 용융하여 접합시킨다. 이 적층 고정에 의해서, 적층형 반도체 장치를 제조할 수 있다.
도 9는 본 발명의 양면 전극 패키지를, 리드 프레임형 양면 전극 패키지에 적용한 제 2 예를 도시하는 사시도 및 측면도를 도시한다. 또, 리드 프레임형 양면 전극 패키지에 있어서, 리드 프레임 상에 위치하는 반도체칩측을 표면으로, 그 반대의 리드 프레임측을 하면으로 칭하고 있다. 예시한 리드 프레임 타입 양면 전극 패키지는 표면 배선과 측면에 노출하는 리드 프레임의 선단을 접속하는 측면 배선의 특징을 가진다. 리드 프레임 단면(측면 전극)과, 표면의 배선의 사이의 필요한 개소의 측면 배선은 잉크젯 방식으로 행해진다. 그리고, 측면과 표면에 소울더 레지스트를 도포하는 동시에, 외부 접속용의 범프 전극이 형성되어 있다. 이하, 이 리드 프레임형 양면 전극 패키지에 관해서, 더욱 설명한다.
도 10은 리드 프레임의 내부, 및 단면을 도시하는 도면이다. 또한, 도 11은 동일 리드 프레임의 하면도 및 측면도를 도시한다. 도시하는 바와 같이, 반도체는 다이패드 상에 Ag페이스트 등에 의해 접착되어 있다(칩 다이본드). 1개의 반도체칩을 예시하였지만, 복수의 칩을 적층할 수도 있다. 리드 프레임의 이너리드와, 반도체칩은 Au 와이어에 의해 접속된다(와이어 본드). 또는, 플립칩 본드로 하는 것도 가능하다. 이 리드 프레임을 주위의 회로와 전기적으로 접속하기 위한 아우터 리드부는 그 선단 단면이, 리드 프레임 하면뿐만 아니라, 측면으로도 노출하고 있다. 와이어 본드 후, 리드 프레임을 외계로부터의 응력, 오염으로부터 지키기 위해서 에폭시수지에 의해 밀봉된다. 도 12는 섬형상으로 일괄 몰드한 상태의 리 드 프레임을 예시하고 있다.
다음으로, 칩 개편화를 위한 하프 컷(오목형이나 V자형 커트)이 행해진다. 리드 프레임은 예를 들면, Pd 도금한 Cu 합금과 같은 금속판으로부터, 다수개 동시에 형성된다.
다음으로, 도 13에 도시하는 바와 같이, 몰드 표면에 배선과 범프 전극이 형성된다(범프 전극의 형성은 나중이라도 상관없다). 이 배선은 잉크젯 방식, 또는 스크린 인쇄에 의해 행한다. 또한, 이 배선은 측면의 하프 컷부(형성된 홈내)에 일부가 밀려나오는 구조로 함으로써, 나중의 리드 프레임 단면(측면 전극)과의 배선 접속이 용이해진다.
다음으로, 칩을 완전히 절단한다. 이 때의 블레이드의 이(teeth of blade)는 상술한 하프 컷보다 좁은 것을 사용한다. 도 14는 절단된 상태의 리드 프레임 패키지를 예시하고 있다. 리드 프레임 단면(측면 전극)과, 표면의 배선의 사이는 아직 접속되어 있지 않다.
다음으로, 도 15에 도시하는 바와 같이, 나노 금속 입자, 특히, 나노동 금속 입자를 사용한 잉크젯 방식에 의해, 필요한 개소의 측면 배선을 한다. 나노동 금속 입자를 사용한 잉크젯 방식으로 형성한 동 배선의 유기용매에 의한 오염이나 산화물의 제거에 대한 상세한 것은 뒤에 기술한다. 도 15는 1개의 배선만이 종료한 도중 경과도를 도시한다. 배선 종료 후, 측면과 표면에 소울더 레지스트를 도포한다. 그리고, 이 단계에서, 범프 형성부를 개구하여, 범프 전극을 형성할 수도 있다.
도 16은 본 발명의 양면 전극 패키지를, 유기기판형에 적용한 제3 예를 도시하는 사시도 및 단면도이다. 도 16은 다층 유기기판을 사용한 BGA 타입의 양면 전극 패키지를 예시하고, 도 16a는 표면도이고, 도 16b는 하면도이고, 도 16c는 와이어 본드 접속방식에 대한 도 16a 중의 라인 A-A'로 절단한 단면도이고, 도 16d는 도 16c와 동일하지만 플립칩 접속방식의 단면도이다. 또, 유기기판형 양면 전극 패키지에 있어서, 유기기판 상에 위치하는 반도체칩측을 표면으로, 그 반대의 유기기판측을 하면으로 칭하고 있다.
도 16c의 와이어 본드 접속방식의 단면도에 도시하는 바와 같이, LSI 칩은 다층 유기기판 상에 절연성의 다이본드재에 의해 접착되어 있다(칩 다이본드). 1개의 LSI 칩을 예시하였지만, 복수의 칩을 적층하는 것도 가능하다.
다층 또는 단층 유기기판은 단층이나 복수층으로 이루어지는 기판의 각 층에, 각각 배선패턴을 형성한 후 이들 기판을 접착하고, 필요에 따라서 각 층의 배선패턴을 접속하기 위한 스루홀을 형성한 것이다. 이 스루홀의 내부에는 도체층이 형성되고, 이 도체층이 하면측에 형성된 단면 전극부인 랜드와 접속되어 있다. 즉, 스루홀의 도체층은 반드시 그대로 랜드가 되지는 않는다. 또한, 이 랜드에는 땜납 재료를 부착하여, 외부접속용의 범프를 형성할 수 있다. 이러한 다층 또는 단층 유기기판은 예를 들면, 「땜납 볼」이라고 불리는 작은 땜납재료를 뭉친 것(범프)을 하면에 실장한(BGA: Ball Grid Array) 일괄 밀봉 유기 기판으로 공지되어 있다.
다층 또는 단층 유기기판의 최상층의 배선 패턴으로, 본딩 와이어 접속전극 이 되는 금속 패드부가 형성되는 동시에, 상기 전극으로의 배선이 형성되어 있다. 이 다층 또는 단층 유기기판의 상면의 금속 패드부와, LSI 칩은 도 10을 참조하여 설명한 리드 프레임형과 마찬가지로, Au 와이어에 의해 접속된다(와이어 본드).
또는, 도 16d에 도시하는 바와 같이, LSI 칩은 플립 칩 접속으로 하는 것도 가능하다. 이 경우, LSI 칩은 다층 또는 단층 유기기판의 최상층의 배선패턴을 통해서 접속된다.
그리고, 도 16c 또는 도 16d에 도시하는 구성에 있어서, 다층 유기기판의 최외측위치에서, 측면 전극이, 다층 또는 단층 유기기판의 최상층에 형성되어 있는 금속 패드부에 접속된다. 측면 전극은 스터드(stud) 범프 또는 볼 본드에 의해 형성할 수 있다. 종래부터, 반도체칩의 전극에 돌기형의 범프(스터드 범프)를 형성하고, 이 범프를 실장기판에 형성된 전극에 직접 접합하는 기술이 알려져 있다. 본 발명은 이러한 그 자체 공지 기술을 사용하여, 스터드 범프를 측면 전극으로서 형성할 수 있다. 또는, 그 자체 공지 기술과 같이, 예를 들면, 금 등의 와이어의 선단을 가열 용융하여 볼을 형성한 후, 금속 범프부에 그 볼을 초음파 병용 열압착하고, 그 후, 와이어를 절단함으로써 측면 전극으로서 장착한다. 이들 측면 전극의 배치는 웨이퍼 레벨 반도체와 동일하게 유기기판의 절단영역으로 밀려나오게 하고, 절단 시에 그 절단면이 노출되는 위치에 배치한다.
측면 전극 접속 후, 도 12를 참조하여 설명한 리드 프레임의 경우와 마찬가지로, 외계로부터의 응력, 오염으로부터 지키기 위해서 에폭시수지에 의해 밀봉된다. 다음으로, 도 13을 참조하여 설명한 리드 프레임의 경우와 마찬가지로, 몰드 표면에 배선과 범프 전극이 형성된다(범프 전극의 형성은 나중이라도 좋다). 이 배선은 잉크젯 방식 또는 스크린 인쇄에 의해 형성한다.
다음에, 칩을 개편화하기 위해서 절단한다. 또, 에폭시수지에 의한 밀봉 후, 배선 전에 칩 개편화를 위한 하프 컷(오목형이나 V자형 컷)을 할 수도 있다. 이것에 의해서, 측면의 하프 컷부(형성된 홈내)에 일부가 밀려나오는 구조로 하여, 나중의 측면 전극과의 배선 접속이 용이해진다.
다음으로, 칩을 완전히 절단한 후, 상술한 리드 프레임의 경우와 동일하게 하여, 나노 금속 입자, 특히, 나노동 금속 입자를 사용한 잉크젯 방식에 의해, 필요한 개소의 측면 배선을 한다. 배선 종료 후, 측면과 표면에 소울더 레지스트를 도포한다. 그리고, 이 단계에서, 범프부를 개구하여, 범프 전극을 형성할 수도 있다.
도 17은 본 발명의 양면 전극 패키지를, 이미지 센서 패키지에 적용한 제 4 예를 도시하는 사시도 및 측면도를 도시하고 있다. 이러한 이미지 센서 칩 패키지는 예를 들면, 화상센서 LSI, 적외선 센서 LSI, 온도 센서 LSI용 등의 패키지이다.
반도체(Si)기판의 상면(도면 중의 하측면)에는 이미지 센서 형성면이 형성된다. 이미지 센서 형성면이란, 센서를 구성하는 CMOS 회로 소자 또는 CCD 등의 수광소자와, 그것을 제어하는 제어부가 다층배선으로 형성되고, 그 다층 배선부내의 소정의 배선층이, 측면 전극에 접속된다. 또한, 반도체 기판의 상면에는 투명 절연막이 형성된다. 이 투명 절연막을 통해서 외부로부터의 광선이, 이미지 센서 형성 영역의 수광 소자 영역에 입사할 수 있도록 구성되어 있다.
칩 이면측의 구성은 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 제 1 예와 마찬가지로 구성할 수 있다. 즉, Si 기판의 이면측에서는 이면 절연층을 도포한다. 이 이면 절연층 상에, 이면 재배선을 실시한다. 이 이면 재배선은 본 발명의 특징으로 하는 측면배선을 통해서, 상면측의 다층 배선부의 소망 개소에 접속된다. 이 이면 재배선 상에, 보호막이 도포된다. 또한, 재배선상의 범프 형성부 상의 보호막에 개구를 형성하고, 여기에, 범프 전극을 형성한다.
본 발명은 나노 금속 입자를 사용하는 것이지만, 특히, 나노동 금속 입자를 사용한 잉크젯 방식으로 형성한 경우의, 동 배선의 유기용매에 의한 오염이나 산화물은 실온 이상 200℃ 이하의 저온에서 제거한다. 이하, 이것에 대하여, 설명한다.
(1)잉크젯법으로 동 배선을 형성한다.
유기용매중에 나노동 금속 입자가 함유되어 있고, 그것을 프린터에서 실용되어 있는 잉크젯법으로 소망의 패턴을 그린다. 그 후, 유기용제를 증발시킨 열처리가 행해진다.
본 발명은 이와 같이 형성된 동 배선에 대하여, 유기용매에 의한 오염이나 산화물을 제거한다. 유기용제를 증발시키는 열처리를 한 경우, 동의 표면 산화에 의해서 산화동이 형성되어 버리지만, 이것도 나중의 원자상 수소처리에 의해서 제거할 수 있다. 또는, 본 발명은 유기용제를 증발시키는 열처리를 하지 않는 경우에도 적용할 수 있다. 열처리를 하지 않는 경우는 유기용제를 함유한 상태가 되지만, 나중에 행하는 원자상 수소처리에 의해서 유기용매의 제거도 가능해진다.
(2)다음에, 동 배선 세정 장치 중에서 원자상 수소 또는 암모니아 분해종으로 동산화물 및 유기용매 오염물을 제거한다.
도 18은 동 배선 세정장치로서 사용한 처리장치의 단면의 개략도이다. 반응실의 상면의 가스 유입구로부터는 원자상 수소 또는 암모니아 분해종의 원료로서, 수소, 암모니아, 하이드라진 등의 수소를 포함한 원료를, 클리닝 가스 공급기구를 통해서 보내준다.
반응실 외의 바로 하부에는 히터 등의 기판 가열기구를 설치하여, 이 가열기구 바로 위의 반응실 내의 시료 스테이지 상에, 시료(기판)가, 피착면을 위로 향하여 설치된다. 가스유입구로부터의 가스를 확산시키는 샤워(shower)헤드와, 시료의 중간에, 예를 들면 텅스텐선으로 이루어지는 촉매체를 설치하여, 상기 촉매체를 촉매체 가열기구에 의해 고온에 가열하여 유입한 가스를 분해한다. 이것에 의해서, 원자상 수소 또는 암모니아 분해종이, 가열촉매에 의한 접촉 분해반응에 의해 생성된다. 동 배선의 산화물은 원자상 수소의 환원에 의해 제거되고, 유기오염물은 원자상 수소와 탄소의 반응에 의해 탄화수소가 형성됨으로써 제거할 수 있다.
원자상 수소 또는 암모니아 분해종의 원료인 상술한 수소를 포함하는 화합물로서, 질소도 포함하는 화합물, 예를 들면, 암모니아, 하이드라진을 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 화합물 기체를 가열된 촉매체에 접촉시킴으로써 원자상 수소와 동시에 원자상 질소가 발생하여, 원자상 수소에 의한 금속 표면 산화막의 환원 및/또는 유기물의 제거와 동시에, 원자상 질소에 의해 금속표면의 질화처리를 할 수 있다.
촉매체 재료로서는 상술한 텅스텐 이외에도, 탄탈, 몰리브덴, 바나듐, 레늄, 백금, 토륨, 지르코늄, 이트륨, 하프늄, 팔라듐, 이리듐, 루테늄, 철, 니켈, 크롬, 알루미늄, 실리콘, 탄소의 어느 하나의 재료, 이들 재료의 단체의 산화물, 이들 재료의 단체의 질화물, 이들 재료(탄소를 제외함)의 단체의 탄화물, 이들 재료로부터 선택된 2종류 이상으로 이루어지는 혼정 또는 화합물의 산화물, 이들의 재료로부터 선택된 2종류 이상으로 이루어지는 혼정 또는 화합물의 질화물, 또는, 이들의 재료(탄소를 제외함)로부터 선택된 2종류 이상으로 이루어지는 혼정 또는 화합물의 탄화물의 어느 하나를 사용할 수 있다. 또한, 촉매체의 온도는 예를 들면, 텅스텐 촉매체의 경우는 1000℃에서 2200℃의 온도 범위가 적당하다.
또, 도 18 중의 원료공급기구는 필요에 따라서, 예를 들면, SiN계막을 퇴적하기 위해서 사용되는 헥사메틸실라잔이나 실란 등을 공급하기 위한 것이다. 또한, 진공계는 반응 잔여 가스를 배출하기 위한 것이다.
이러한 동 배선 세정장치를 사용하여, 시료(기판)로서, 나노동 금속 입자를 사용한 패터닝 배선 또는 측면 배선을 형성한 웨이퍼, 기판 등을, 시료 스테이지에 설치한다. 그리고, 나노동 금속 입자를 사용한 배선에 의한 오염을 제거하기 위해서, 수소가스를 유량 30sccm에서 10분간 유입하여, 이 처리에 의해, 오염을 제거한다.

Claims (14)

  1. 기판의 한쪽에 위치하는 제1 배선부와, 다른쪽에 위치하는 제2 배선부를 배선 접속하는 반도체 패키지에 있어서,
    상기 제1 배선부에 접속되는 측면 전극을 형성하고,
    상기 제2 배선부를, 기판 상에 형성한 절연층 상에 형성하고,
    개개의 반도체 패키지에 개편화하도록 완전히 절단하였을 때에 형성되는 상기 제2 배선부의 노출단과, 상기 측면 전극을 나노 금속 입자를 사용하여 잉크젯 방식에 의해 배선한 것으로 이루어지는, 반도체 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    잉크젯 방식에 의한 배선을 하는 상기 나노 금속 입자는 나노동 금속 입자이고, 이 나노동 금속 입자에 의한 배선을, 원자상 수소에 의해 금속 표면 산화막의 환원 및/또는 유기물의 제거 처리를 한 것으로 이루어지는, 반도체 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 측면 전극은 LSI 형성면 및 상기 제1 배선부가 위치하는 기판의 한쪽에 있어서, 상기 제1 배선부에 접속되는 포스트 전극과 동일한 높이로 하여, 상기 포스트 전극과 동시에 형성되고, 또한, 웨이퍼로부터 개개의 칩으로 절단하였을 때에 노출되도록 칩단과 스크라이브 라인의 양쪽에 걸치도록 배치되고, 그리고, 개개의 반도체 패키지에 개편화하도록 완전히 절단할 때, 스크라이브 라인에 밀려나온 측면 전극도 동시에 절단함으로써, 패키지 단면(端面)에 측면 전극을 노출시켜 형성하는 것으로 이루어지는, 반도체 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    기판의 한쪽에는 이미지 센서 형성면과, 그 위에 투명 절연막을 형성하고, 이 투명 절연막을 통해서 외부로부터의 광선이, 이미지 센서 형성면의 수광소자영역에 입사할 수 있도록 하여, 이미지 센서 패키지를 구성하는 것으로 이루어지는, 반도체 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 유기기판 및 그 위에 접착된 반도체칩으로 이루어지고,
    상기 제1 배선부는 상기 유기기판의 최상층에 형성되어 있고 상기 측면 전극에 접속되는 금속 패드부를 포함하고,
    상기 유기기판의 배선패턴과 전기적 접속한 반도체칩 상을, 일괄 몰드에 의해 밀봉하여 상기 절연층을 형성하고, 또한, 상기 절연층 상에 상기 제2 배선부를 배선하고,
    개개의 반도체 패키지에 개편화하도록 완전히 절단하였을 때에 형성되는 상기 제2 배선부의 노출단과, 상기 측면 전극 사이를, 잉크젯 방식에 의해 배선하는 것으로 이루어지는, 반도체 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 리드 프레임 및 그 다이패드 상에 접착된 반도체칩으로 이루어지고,
    상기 제1 배선부는 리드 프레임의 이너 리드부 및 아우터 리드부를 포함하고,
    상기 리드 프레임의 이너 리드부와 전기적 접속한 반도체칩 상을, 일괄 몰드에 의해 밀봉하여 상기 절연층을 형성하고, 또한, 상기 절연층 상에 상기 제2 배선부를 배선하고,
    리드 프레임을 주위의 회로와 전기적으로 접속하기 위한 아우터 리드부는 그 선단 단면이, 리드 프레임 이면 뿐만 아니라, 측면에도 노출시켜 상기 측면 전극으로 하고,
    개개의 반도체 패키지에 개편화하도록 완전히 절단하였을 때에 형성되는 상기 제2 배선부의 노출단과, 상기 측면 전극과의 사이를, 잉크젯 방식에 의해 배선한 것으로 이루어지는, 반도체 패키지.
  7. 기판의 한쪽에 위치하는 제1 배선부와, 다른쪽에 위치하는 제2 배선부를 배선 접속하는 반도체 패키지의 제조방법에 있어서,
    상기 제1 배선부에 접속되는 측면 전극을 형성하고,
    상기 제2 배선부를, 기판 상에 형성한 절연층 상에 형성하고,
    개개의 반도체 패키지에 개편화하도록 완전히 절단하였을 때에 형성되는 상기 제2 배선부의 노출단과, 상기 측면 전극을 나노 금속 입자를 사용하여 잉크젯 방식에 의해 배선한 것으로 이루어지는, 반도체 패키지의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    잉크젯 방식에 의한 배선을 하는 상기 나노 금속 입자는 나노동 금속 입자이고, 이 나노동 금속 입자에 의한 배선을, 원자상 수소에 의해 금속 표면 산화막의 환원 및/또는 유기물의 제거 처리를 한 것으로 이루어지는, 반도체 패키지의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 측면 전극은 LSI 형성면 및 상기 제1 배선부가 위치하는 기판의 한쪽에 있어서, 상기 제1 배선부에 접속되는 포스트 전극과 같은 동일한 높이로 하고, 상기 포스트 전극과 동시에 형성하고, 또한, 웨이퍼로부터 개개의 칩으로 절단하였을 때에 노출되도록 칩단과 스크라이브 라인의 양쪽에 걸치도록 배치하고,
    개개의 반도체 패키지에 개편화하도록 완전히 절단할 때, 스크라이브 라인에 밀려나온 측면 전극도 동시에 절단함으로써, 패키지 단면에 측면 전극을 노출시켜 형성하는 것으로 이루어지는, 반도체 패키지의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    기판의 한쪽에는 이미지 센서 형성면과, 그 위에 투명 절연막을 형성하고, 이 투명 절연막을 통하여 외부로부터의 광선이, 이미지 센서 형성면의 수광소자영역에 입사할 수 있도록 하고, 이미지 센서 패키지를 구성하는 것으로 이루어지는, 반도체 패키지의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 기판은 유기기판 및 그 위에 접착된 반도체칩으로 이루어지고,
    상기 제1 배선부는 상기 유기기판의 최상층에 형성되어 있는 금속 패드부에 접속되는 상기 측면 전극을 포함하고,
    상기 유기기판의 배선패턴과 전기적 접속한 반도체칩 상을, 일괄 몰드에 의해 밀봉하여 상기 절연층을 형성하고, 또한, 상기 절연층 상에 상기 제2 배선부를 배선하고,
    개개의 반도체 패키지에 개편화하도록 완전히 절단하였을 때에 형성되는 상기 제2 배선부의 노출단과, 상기 측면 전극과의 사이를, 잉크젯 방식에 의해 배선한 것으로 이루어지는, 반도체 패키지의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 절연층을 형성한 후, 칩 개편화를 위한 일괄 몰드부의 하프 컷을 하고, 상기 제2 배선부는 상기 하프 컷부를 포함시킨 상기 절연층상에 배선함으로써, 배선 재료를 측면의 일부에 밀려나오게 하고,
    상기 측면 전극은 이 하프 컷부에 밀려나온 배선과의 사이에서 배선한 것으로 이루어지는, 반도체 패키지의 제조방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 기판은 리드 프레임 및 그 다이패드 상에 접착된 반도체칩으로 이루어지고,
    상기 제1 배선부는 리드 프레임의 이너 리드부 및 아우터 리드부를 포함하고, 상기 리드 프레임의 이너 리드부와 전기적 접속한 반도체칩 상을, 일괄 몰드에 의해 밀봉하여 상기 절연층을 형성하고, 또한, 상기 절연층 상에 상기 제 2 배선부를 배선하고,
    리드 프레임을 주위의 회로와 전기적으로 접속하기 위한 아우터 리드부는 그 선단 단면이, 리드 프레임 이면뿐만 아니라, 측면으로도 노출시켜 상기 측면 전극으로 하고,
    개개의 반도체 패키지에 개편화하도록 완전히 절단하였을 때에 형성되는 상기 제2 배선부의 노출단과, 상기 측면 전극과의 사이를, 잉크젯 방식에 의해 배선한 것으로 이루어지는, 반도체 패키지의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 절연층을 형성한 후, 칩 개편화를 위한 일괄 몰드부의 하프 컷을 하고, 상기 제2 배선부는 상기 하프 컷부를 포함시킨 상기 절연층상에 배선함으로써, 배 선 재료를 측면의 일부에 밀려나오게 하고,
    상기 측면 전극은 이 하프 컷부에 밀려나온 배선과의 사이에서 배선한 것으로 이루어지는, 반도체 패키지의 제조방법.
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