説明

半導体装置の製造方法、半導体装置、及び半導体製造装置

【課題】樹脂突起の成型時に導電膜に変形が生じ、導電膜が断線することを防止する。
【解決手段】まず、保護絶縁膜120上に選択的に硬化型の樹脂層を形成することにより、複数の外部接続端子それぞれのコアとなる複数の凸部202を形成する。次いで、凸部202を硬化させる前に、対向面22(表面)が平坦である成型用治具20を複数の凸部202の上面に押し付けることにより、複数の上面それぞれに平坦部を形成する。次いで、複数の凸部202を硬化させる。ついで、複数の凸部202、保護絶縁膜120、及び複数の電極パッド130上に導電膜を選択的に形成することにより、複数の外部接続端子、及び複数の配線を形成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、樹脂コア上に導電膜を形成した外部接続端子を有する半導体装置の製造方法、半導体装置、及び半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置には、半導体装置を実装基板に実装するためにバンプなどの外部接続端子が形成されている。半導体装置が有する回路は、この外部接続端子を介して実装基板のランドなどの電極に接続する。半導体装置を実装基板に確実に実装するためには、外部接続端子の上面の高さを揃えることが望ましい。詳細には、実装基板の電極表面は平らであり、かつ同一の実装基板内で高さが均一(同一平面)であり、この電極に接続する半導体装置の外部接続端子の頭頂部も平坦かつ同一平面にする必要がある。
【0003】
一方、近年は、コアを樹脂で形成し、この樹脂上に導電膜を形成することにより外部接続端子を形成することが行われている(例えば特許文献1及び2)。特に特許文献2には、コアとなる樹脂突起上に導電層を形成することによりバンプを形成した後、バンプに検査端子の成型面により導電層を介して樹脂突起を押しつぶすことにより、樹脂突起を成型することが記載されている。半導体装置の外部接続端子の頭頂部を平坦かつ同一平面にするためには、樹脂突起の頭頂部を平坦かつ同一平面にする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2009−49226号公報
【特許文献2】特開2007−48971号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献2に記載の技術は、熱硬化性の樹脂をキュアし、さらに導電層を形成した後に樹脂突起を成型している。このため、樹脂突起を成型するときにはある程度の圧力が必要になる。このため、樹脂突起の成型時に導電膜に変形が生じ、導電膜が断線したり、クラックが入って抵抗が上昇したり、外部接続端子と実装基板の電極の接続信頼性が低下する可能性があった。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明によれば、保護絶縁膜、前記保護絶縁膜に形成された複数の開口、及び前記複数の開口それぞれから露出している複数の電極パッドを有する半導体基板に複数の外部接続端子を形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記保護絶縁膜上に選択的に硬化型の樹脂層を形成することにより、前記複数の外部接続端子それぞれのコアとなる複数の凸部を形成する工程と、
前記凸部を硬化させる前に、表面が平坦である成型用治具を前記複数の凸部の上面に押し付けることにより、複数の前記上面それぞれに平坦部を形成する工程と、
前記複数の凸部を硬化させる工程と、
前記複数の凸部、前記保護絶縁膜、及び前記複数の電極パッド上に導電膜を選択的に形成することにより、前記複数の外部接続端子、及び前記複数の外部接続端子それぞれをいずれかの前記電極パッドに接続する複数の配線を形成する工程と、
を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【0007】
本発明によれば、凸部を形成する樹脂を硬化させる前、かつ凸部上に導電膜を形成する前に、成型用治具を凸部に押し付けることにより、凸部の上面に平坦部を形成している。このため、外部接続端子を構成する導電膜が断線したり、クラックが入って抵抗が上昇したり、外部接続端子と実装基板の電極の接続信頼性が低下することを抑制できる。
【0008】
本発明によれば、保護絶縁膜と、
前記保護絶縁膜に形成された複数の開口と、
前記複数の開口それぞれに位置する複数の電極パッドと、
前記保護絶縁膜上に形成された複数の外部接続端子と、
前記複数の外部接続端子それぞれをいずれかの前記電極パッドに接続する複数の配線と、
を備え、
前記外部接続端子は、
樹脂からなる凸部と、
前記凸部上に形成され、前記配線につながる導電膜と、
を備え、
前記複数の外部接続端子それぞれの前記凸部は、上面が平坦であり、かつ同一平面を形成している半導体装置が提供される。
【0009】
本発明によれば、半導体基板を乗せるステージと、
前記半導体基板を挟んで前記ステージに対向して配置され、前記ステージに対向している対向面が平坦である成型用治具と、
前記ステージ及び前記成型用治具の少なくとも一方を他方に向けて移動させる移動機構と、
を備える半導体製造装置が提供される。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、外部接続端子を構成する導電膜が断線したり、クラックが入って抵抗が上昇したり、外部接続端子と実装基板の電極の接続信頼性が低下することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】各図は第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図2】各図は第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図3】各図は第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図4】第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図5】図1(b)及び図2(a)に示した工程で用いる半導体製造装置の構成を示す図である。
【図6】第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いる半導体製造装置の構成を示す図である。
【図7】各図は第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図8】第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【0013】
図1〜図4の各図は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。この半導体装置の製造方法は、保護絶縁膜120、保護絶縁膜120に形成された複数の開口122、及び複数の開口122それぞれから露出している複数の電極パッド130を有する半導体基板100に複数の外部接続端子200を形成する工程を有している。具体的には、まず、保護絶縁膜120上に選択的に硬化型の樹脂層を形成することにより、複数の外部接続端子200それぞれのコアとなる複数の凸部202を形成する。次いで、凸部202を硬化させる前に、対向面22(表面)が平坦である成型用治具20を複数の凸部202の上面に押し付けることにより、複数の上面それぞれに平坦部を形成する。次いで、複数の凸部202を硬化させる。ついで、複数の凸部202、保護絶縁膜120、及び複数の電極パッド130上に導電膜を選択的に形成することにより、複数の外部接続端子200、及び複数の配線210を形成する。複数の配線210は、複数の外部接続端子200それぞれをいずれかの電極パッド130に接続している。以下、詳細に説明する。
【0014】
まず図1(a)に示すように、シリコン基板など半導体基板100を準備する。この状態において半導体基板100はウェハの状態であり、トランジスタなどの素子(図示せず)、多層配線層110、複数の電極パッド130、及び保護絶縁膜120が形成されている。保護絶縁膜120には、複数の電極パッド130を露出させるための開口122が複数設けられている。
【0015】
次いで、保護絶縁膜120上に選択的に硬化型の樹脂層を形成することにより、複数の外部接続端子200それぞれのコアとなる複数の凸部202を形成する。凸部202は、例えば感光性の樹脂により形成される。具体的には、保護絶縁膜120上及び電極パッド130上に感光性の樹脂層を形成する。次いで、この樹脂層を露光及び現像する。これにより、複数の凸部202が形成される。この状態において、凸部202の高さはばらついていることがある。また凸部202の上面は、平坦でない場合もある。
【0016】
なお本実施形態において、凸部202を形成する樹脂は、熱硬化性の樹脂、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ケイ素樹脂、又はアリル樹脂である。
【0017】
次いで図1(b)及び図2(a)に示すように、成型用治具20を複数の凸部202の上面に押し付ける。本実施形態においては、半導体基板100を動かすことにより成型用治具20の対向面22を複数の凸部202の上面に押し付ける。ただし、成型用治具20を動かすことにより成型用治具20を複数の凸部202の上面に押し付けてもよい。成型用治具20は、対向面22が平坦であり、この平坦面が半導体基板100に対して平行になっている。このため、複数の凸部202それぞれには平坦部が形成される。これらの平坦部は、互いに同一平面を形成している。
【0018】
この工程において、成型用治具20の対向面22を複数の凸部202の上面に押し付けつつ凸部202を加熱する。これにより、複数の凸部202の上面を平坦化させつつ、凸部202を硬化させることができる。
【0019】
なお、凸部202が熱により硬化するとき、凸部202を構成する樹脂に含まれる溶剤が蒸発するため、凸部202は収縮する。これに対して本実施形態では、凸部202を硬化させるとき、凸部202の上面には成型用治具20が押し付けられている。このため、凸部202は収縮するときにおいても、凸部202の上面は平坦性が保たれたままになる。ただし凸部202の側面は収縮する。
【0020】
ところで、図1(b)に示すように、成型用治具20を複数の凸部202の上面に押し付けると、凸部202の上面が変形することに伴って、凸部202の側面が外側に凸になる。このため、複数の凸部202の上面に対する成型用治具20の押し付け力を調節することにより、凸部202の側面が外側に凸になる大きさを、凸部202が硬化するときの側面の収縮量と相殺する大きさに調節することができる。これにより、図2(a)に示すように、硬化後の凸部202の側面の傾斜角度が部分的に急峻になることを抑制できる。
【0021】
その後、図2(b)に示すように、成型用治具20を複数の凸部202の上面から離す。
【0022】
次いで、図3(a)に示すように、複数の凸部202、保護絶縁膜120、及び複数の電極パッド130上に導電膜204を気相法、例えばスパッタリング法により形成する。本実施形態において導電膜204は、金属の単層膜(例えばAu、Cu、もしくはAl)、または金属の多層膜(例えばTi、TiW、もしくはPdなどの下地導電膜上にAu、Cu、もしくはAlなどを積層した構成)である。上記したように、硬化後の凸部202において、側面の傾斜角度が部分的に急峻になることが抑制されている。従って、凸部202において導電膜204が部分的に薄くなったり断線することが抑制される。
【0023】
その後、図3(b)に示すように、導電膜204を選択的に除去する。この工程は、例えば導電膜204上にレジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとして導電膜204をエッチングすることにより、行われる。これにより、凸部202を被覆する導電膜206、及び配線210が一体的に形成される。導電膜206は、凸部202とともに外部接続端子200を構成している。配線210は、導電膜206と電極パッド130とを接続している。
【0024】
なお、例えばTiWなどの下地導電膜を選択的に除去してパターンを形成した後、Auなどの金属層を下地導電膜上に無電解メッキにより形成することにより、導電膜204を形成しても良い。
【0025】
この状態において、半導体装置は、保護絶縁膜120、複数の開口122、電極パッド130、複数の外部接続端子200、及び複数の配線210を備えている。複数の電極パッド130は、複数の開口122に位置している。複数の配線210は、複数の外部接続端子200それぞれをいずれかの電極パッド130に接続している。外部接続端子200は、樹脂からなる凸部202と、凸部202上に形成され、配線210につながる導電膜206と、を備えている。そして、複数の外部接続端子200それぞれの凸部202は、上面が平坦であり、かつ同一平面を形成している。
【0026】
その後、図4に示すように、図3(b)に示した半導体装置を実装基板300にCOG(Chip On Glass)実装又はCOF(Chip On Film)実装する。半導体装置が液晶のドライバである場合、実装基板300はガラス基板である。この状態において、半導体装置の外部接続端子200は実装基板300の電極310に接続している。電極310は、例えばランドであるが、ランドに限定されない。
【0027】
図5は、図1(b)及び図2(a)に示した工程で用いる半導体製造装置の構成を示す図である。この半導体製造装置は、ステージ10、成型用治具20、及び移動機構30を備えている。ステージ10は半導体基板100を乗せる。成型用治具20は、半導体基板100を挟んでステージ10に対向して配置され、ステージ10に対向している対向面22が平坦であり、かつステージ10に対して平行である。移動機構30は、ステージ10及び成型用治具20の少なくとも一方を他方に向けて移動させる。本実施形態では、移動機構30は、ステージ10を成型用治具20に向かう方向及び離れる方向それぞれに移動させる。
【0028】
ステージ10は、半導体基板100を載置面に吸着するための吸着機構12と、半導体基板100を加熱するための加熱部14を有している。吸着機構12を用いて半導体基板100をステージ10に吸着することにより、成型用治具20を凸部202に押し当てるときに、半導体基板100に反りが生じていないようにすることができる。
【0029】
加熱部14及び移動機構30は、制御部40によって制御されている。制御部40は、加熱部14を制御することによりステージ10を所望の温度及び時間で段階的に昇降温させる。また制御部40は、所望の温度で成型用治具20を図1等に示した凸部202に押し付け、又は離すように、移動機構30を介してステージ10の移動を制御する。
【0030】
なおステージ10には、冷却機構(図示せず)が設けられていても良い。この場合、凸部202を硬化させた後に半導体基板100を速やかに冷却することができる。
【0031】
成型用治具20は、例えばステンレスなどの金属により形成されており、対向面22は半導体基板100より大きく形成されている。成型用治具20は、対向面22が一つの平坦な面となっている。また、成型用治具20にもステージ10と同様に制御部40で制御される加熱機構(図示せず)及び冷却機構(図示せず)が設けられていても良い。この場合、これらの加熱機構及び冷却機構も制御部40により制御される。
【0032】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施形態によれば、凸部202を形成する樹脂を硬化させる前、かつ凸部202上に導電膜206を形成する前に、成型用治具20を凸部202に押し付けることにより、凸部202の上面に平坦部を形成している。このため、外部接続端子200を構成する導電膜206が断線したり、クラックが入って抵抗が上昇したり、外部接続端子と実装基板の電極の接続信頼性が低下することを抑制できる。
【0033】
また、複数の凸部202に対して一つの成型用治具20の対向面22を押し付けることにより、複数の凸部202の上面を同時に平坦化している。このため、複数の凸部202の上面を、同一平面を形成するようにすることができる。従って、複数の凸部202の上面を一つの面としてみた場合、この面の平坦性が高くなる。このため、半導体装置を実装基板300に実装するときに、複数の外部接続端子200を確実に実装基板300の電極310に接続することができる。
【0034】
またステージ10の上面と成型用治具20の対向面22の距離を管理することにより、半導体基板100の裏面を基準にした外部接続端子200の高さを管理することができる。従って、半導体装置を実装基板300に実装するときに、半導体装置の裏面から実装基板300の実装面までの距離をパラメータとして管理することにより、外部接続端子200が実装基板300の電極310に接触するタイミングを把握することができる。従って、半導体装置を実装基板300に押し付けるときの圧力を小さくすることができる。
【0035】
また、複数の凸部202の上面に対する成型用治具20の押し付け力を調節することにより、凸部202の側面が外側に凸になる大きさを、凸部202が硬化するときの側面の収縮量と相殺する大きさに調節することができる。これにより、硬化後の凸部202の側面の傾斜角度が部分的に急峻になることを抑制できる。従って、凸部202において導電膜204が部分的に薄くなったり断線することが抑制される。
【0036】
図6は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いる半導体製造装置の構成を示す図である。本実施形態において、凸部202を構成する樹脂は、光硬化性を有していて耐熱性に優れた樹脂、例えばシリコーン系樹脂またはイミド系樹脂により形成されている。また成型用治具20は、光透過性の材料、例えば石英ガラスにより形成されている。
【0037】
本実施形態に係る半導体製造装置は、加熱部14の代わりに光源50を有している。光源50は、成型用治具20を介してステージ10の反対側に配置されている。光源50は、制御部40により制御されている。
【0038】
そして本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、成型用治具20を凸部202に押し付けた後に、加熱部14の代わりに光源50を動作させる点を除いて、第1の実施形態に示した半導体装置の製造方法と同様である。これにより、成型用治具20の表面を複数の凸部202の上面に押し付けつつ、成型用治具20を介して凸部202に光を照射することにより、複数の凸部202を平坦化させつつ凸部202を硬化することができる。
【0039】
本実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0040】
図7及び図8の各図は、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。まず図7(a)に示すように、保護絶縁膜120上に凸部202を形成し、凸部202に成型用治具20を押し付ける。ここまでの工程は、第1の実施形態と同様である。
【0041】
次いで図7(b)に示すように、成型用治具20を凸部202から離す。
【0042】
次いで図8に示すように、凸部202を加熱する。これにより凸部202は硬化する。
【0043】
その後、第1の実施形態において図3及び図4に示した工程を行う。これにより、半導体装置が実装基板300に実装される。
【0044】
本実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお第2の実施形態において、本実施形態と同様に、成型用治具20を凸部202から離した後に光を照射することにより、凸部202を硬化させてもよい。
【0045】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【0046】
10 ステージ
12 吸着機構
14 加熱部
20 成型用治具
22 対向面
30 移動機構
40 制御部
50 光源
100 半導体基板
110 多層配線層
120 保護絶縁膜
122 開口
130 電極パッド
200 外部接続端子
202 凸部
204 導電膜
206 導電膜
210 配線
300 実装基板
310 電極

【特許請求の範囲】
【請求項1】
保護絶縁膜、前記保護絶縁膜に形成された複数の開口、及び前記複数の開口それぞれから露出している複数の電極パッドを有する半導体基板に複数の外部接続端子を形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記保護絶縁膜上に選択的に硬化型の樹脂層を形成することにより、前記複数の外部接続端子それぞれのコアとなる複数の凸部を形成する工程と、
前記凸部を硬化させる前に、表面が平坦である成型用治具を前記複数の凸部の上面に押し付けることにより、複数の前記上面それぞれに平坦部を形成する工程と、
前記複数の凸部を硬化させる工程と、
前記複数の凸部、前記保護絶縁膜、及び前記複数の電極パッド上に導電膜を選択的に形成することにより、前記複数の外部接続端子、及び前記複数の外部接続端子それぞれをいずれかの前記電極パッドに接続する複数の配線を形成する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項2】
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記凸部を硬化する工程は、前記成型用治具を前記複数の凸部の上面に押し付けた状態で行われる半導体装置の製造方法。
【請求項3】
請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
前記樹脂層は熱硬化性の樹脂により形成され、
前記成型用治具の表面を前記複数の凸部の上面に押し付けつつ前記凸部を加熱することにより、前記凸部を硬化する工程が行われる半導体装置の製造方法。
【請求項4】
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記凸部を硬化する工程は、前記成型用治具を前記複数の凸部の上面に押し付けた後、前記成型用治具を前記複数の凸部から離した状態で行われる半導体装置の製造方法。
【請求項5】
請求項4に記載の半導体装置の製造方法において、
前記樹脂層は熱硬化性の樹脂により形成され、
前記成型用治具の表面を前記複数の凸部の上面に押し付けた後、前記成型用治具を前記複数の凸部から離した状態で前記凸部を加熱することにより、前記凸部を硬化する工程が行われる半導体装置の製造方法。
【請求項6】
請求項4に記載の半導体装置の製造方法において、
前記樹脂層は光硬化性の樹脂により形成され、
前記成型用治具の表面を前記複数の凸部の上面に押し付けた後、前記成型用治具を前記複数の凸部から離した状態で前記凸部に光を照射することにより、前記凸部を硬化する工程が行われる半導体装置の製造方法。
【請求項7】
請求項3または5に記載の半導体装置の製造方法において、
前記熱硬化性の樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ケイ素樹脂、又はアリル樹脂である半導体装置の製造方法。
【請求項8】
請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
前記樹脂層は光硬化性の樹脂により形成され、前記成型用治具は光透過性の材料により形成されており、
前記成型用治具の表面を前記複数の凸部の上面に押し付けつつ、前記成型用治具を介して前記凸部に光を照射することにより、前記凸部を硬化する工程が行われる半導体装置の製造方法。
【請求項9】
請求項6又は8に記載の半導体装置の製造方法において、
前記光硬化性の樹脂は、シリコーン系樹脂又はイミド系樹脂である半導体装置の製造方法。
【請求項10】
請求項1〜9のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記複数の外部接続端子及び前記複数の配線を形成する工程は、
前記複数の凸部、前記保護絶縁膜、及び前記複数の電極パッド上に前記導電膜を気相法により形成する工程と、
前記導電膜を選択的に除去する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項11】
保護絶縁膜と、
前記保護絶縁膜に形成された複数の開口と、
前記複数の開口それぞれに位置する複数の電極パッドと、
前記保護絶縁膜上に形成された複数の外部接続端子と、
前記複数の外部接続端子それぞれをいずれかの前記電極パッドに接続する複数の配線と、
を備え、
前記外部接続端子は、
樹脂からなる凸部と、
前記凸部上に形成され、前記配線につながる導電膜と、
を備え、
前記複数の外部接続端子それぞれの前記凸部は、上面が平坦であり、かつ同一平面を形成している半導体装置。
【請求項12】
請求項11に記載の半導体装置において、
前記樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ケイ素樹脂、又はアリル樹脂である半導体装置。
【請求項13】
半導体基板を乗せるステージと、
前記半導体基板を挟んで前記ステージに対向して配置され、前記ステージに対向している対向面が平坦である成型用治具と、
前記ステージ及び前記成型用治具の少なくとも一方を他方に向けて移動させる移動機構と、
を備える半導体製造装置。
【請求項14】
請求項13に記載の半導体製造装置において、
前記移動機構は前記ステージを移動させる半導体製造装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2011−29342(P2011−29342A)
【公開日】平成23年2月10日(2011.2.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−172477(P2009−172477)
【出願日】平成21年7月23日(2009.7.23)
【出願人】(302062931)ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Fターム(参考)】