半導体装置の製造方法

【課題】応力緩和機能を有するウェハレベルＣＳＰと称される半導体装置において、外部電極の配置自由度が高い半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁樹脂層を第１電極が形成された半導体ウェハ表面１０に形成する工程、前記絶縁樹脂層の一部を除去して、開口径（Ｄ１）の開口部３２を形成し、前記半導体ウェハ表面１０の第１電極を露出させる工程、外部電極と前記第１電極を接続するための再配線層を前記絶縁樹脂層表面に形成する工程、前記再配線層の表面に再配線保護層を形成する工程、前記再配線保護層の一部を除去して、Ｄ２＞Ｄ１となるような開口径（Ｄ２）の開口部３２を形成し、前記第１電極と、前記外部電極を形成するための第２電極を露出させる工程、前記第１電極及び前記第２電極の表面にめっき層を形成する工程、前記めっき層を溶融することによって前記外部電極を形成する工程を含む、半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハレベルＣＳＰと称される半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のウェハレベルＣＳＰには、応力を緩和する機能を有したものがある。ここで、ウェハレベルＣＳＰとは、ウェハ表面で絶縁膜、再配線および端子などを形成した後、ダイシングすることよって個々の半導体装置が得られるＣＳＰ（チップサイズパッケージ）の総称である。個々に分割されたウェハレベルＣＳＰは、基板の表面に直接、実装される。そのため、ウェハレベルＣＳＰの端子に熱応力が集中し易い。これは、ウェハと基板の線熱膨張係数がそれぞれ異なるためである。特に半導体装置のサイズが大きくなると、端子に大きな熱応力が発生し易い。そこで、ウェハと端子の間に応力緩和層を形成する方法が考案された（特許文献１参照）。これによって、ウェハと基板との線熱膨張係数の差によって生じる熱応力を応力緩和層で吸収することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９４７０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置に応力緩和層を設ける場合、図１７に示すように、チップ電極と外部電極を接続するための再配線を傾斜部５２にも形成する必要がある。そのため、応力緩和層の傾斜部に外部電極を配置できないなど、外部電極の配置に制約があった。また、傾斜部の傾斜角αを大きくすると、傾斜部に再配線を形成することが困難になるなどの問題があった。本発明では、応力緩和機能を有するウェハレベルＣＳＰと称される半導体装置において、外部電極の配置自由度が高い半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下の通りである。
絶縁樹脂層を第１電極が形成された半導体ウェハ表面に形成する工程、前記絶縁樹脂層の一部を除去して、開口径（Ｄ１）の開口部を形成し、前記半導体ウェハ表面の第１電極を露出させる工程、外部電極と前記第１電極を接続するための再配線層を前記絶縁樹脂層表面に形成する工程、前記再配線層の表面に再配線保護層を形成する工程、前記再配線保護層の一部を除去して、Ｄ２＞Ｄ１となるような開口径（Ｄ２）の開口部を形成し、前記第１電極と、前記外部電極を形成するための第２電極を露出させる工程、前記第１電極及び前記第２電極の表面にめっき層を形成する工程、前記めっき層を溶融することによって前記外部電極を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明では、絶縁樹脂層に傾斜部を設けることなく、チップパッドと外部電極を接続することができる。そのため、外部電極の配置の自由度が増す。これによって、外部電極数の増加に対応可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。また、絶縁樹脂層の一部を開口してチップパッドを露出させる際、開口部のアスペクトが高くても確実に導通を確保できる。そのため、歩留りが高い半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造方法において、半導体ウェハの一部分を示す断面図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の製造方法において、半導体ウェハの表面に絶縁樹脂層を形成した後の構造を示す断面図である。
【図３】本発明に係る半導体装置の製造方法において、絶縁樹脂層の一部を開口して、チップパッド（第１電極）を露出した後の構造を示す断面図である。
【図４】本発明に係る半導体装置の製造方法において、絶縁樹脂層の表面にめっき用のシード層を形成した後の構造を示す断面図である。
【図５】本発明に係る半導体装置の製造方法において、シード層の表面にめっき用のレジストを形成した後の構造を示す断面図である。
【図６】本発明に係る半導体装置の製造方法において、シード層の表面にめっきし再配線層を形成した後の構造を示す断面図である。
【図７】本発明に係る半導体装置の製造方法において、めっき用のレジストを除去した後の構造を示す断面図である。
【図８】本発明に係る半導体装置の製造方法において、めっきした部分以外のシード層を除去した後の構造を示す断面図である。
【図９】本発明に係る半導体装置の製造方法において、再配線層の表面に再配線保護層を形成した後の構造を示す断面図である。
【図１０】本発明に係る半導体装置の製造方法において、再配線保護層の一部を開口して、チップパッド及びバンプパッドを露出した後の構造を示す断面図である。
【図１１】本発明に係る半導体装置の製造方法において、再配線保護層の表面にバリア層を形成した後の構造を示す断面図である。
【図１２】本発明に係る半導体装置の製造方法において、バリア層の表面にめっき用のレジストを形成した後の構造を示す断面図である。
【図１３】本発明に係る半導体装置の製造方法において、チップパッド及びバンプパッドの表面にめっき層を形成した後の構造を示す断面図である。
【図１４】本発明に係る半導体装置の製造方法において、めっき用のレジストを除去した後の構造を示す断面図である。
【図１５】本発明に係る半導体装置の製造方法において、めっきした部分以外のバリア層を除去した後の構造を示す断面図である。
【図１６】本発明に係る半導体装置の製造方法において、めっき層を溶融してバンプを形成した後の構造を示す断面図である。
【図１７】従来の半導体装置において、絶縁樹脂層の傾斜部周辺を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１〜図１６は、本発明による半導体装置（ウェハレベルＣＳＰ）の製造方法である。図１６はウェハレベルＣＳＰの部分断面図である。
図１に、前工程が完了した半導体ウェハ１０の部分断面図を示す。半導体ウェハ１０には半導体集積回路（図示せず）があらかじめ形成されている。チップパッド３０は、半導体集積回路を外部と電気的に接続するための電極（第１電極）である。このチップパッド３０は、半導体ウェハ１０の表面に複数個形成されている。パッシベーション層１１は、半導体集積回路を保護するための膜で、半導体ウェハ１０の全面に形成されている。チップパッド３０を介して外部と電気的接続を行うために、パッシベーション層の一部が開口されている。パッシベーション層１１は、ＳｉＮなどの無機膜で成膜されるが、これに限るものではない。例えば、ポリイミドやポリベンゾオキサゾールのような有機膜でもよい。また、無機膜の表面に有機膜を形成した構造であってもよい。
【０００９】
図２に、半導体ウェハ１０の表面に絶縁樹脂層２０を形成した後の構造を示す。絶縁樹脂層２０としては、感光性のポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、エポキシ樹脂などが望ましい。スピンコーティング法、ラミネート法、ディスペンス法などによって半導体ウェハ１０の全面に塗布・乾燥して絶縁樹脂層２０を形成する。また、絶縁樹脂層は、例えばメタルマスクを用いて樹脂を印刷して形成してもよい。このとき、絶縁樹脂層を厚くするために複数回印刷を繰り返してもよい。このようにして形成された絶縁樹脂層２０の厚さは、通常、２μｍ〜２００μｍである。この絶縁樹脂層２０が、ウェハレベルＣＳＰに加わる熱・機械的応力からウェハレベルＣＳＰを保護する。応力を緩和するためには、絶縁樹脂層２０が低弾性率であることが好ましい。よって、絶縁樹脂層の弾性率は、通常、０．２〜３ＧＰａである。
【００１０】
図３に、絶縁樹脂層２０の一部を開口して、チップパッド３０を露出した後の構造を示す。フォトリソグラフィ技術によって絶縁樹脂層２０をパターニングして、チップパッド３０の表面に開口部３１を設ける。あるいは、絶縁樹脂層の開口部形成法としては、レーザーによりチップパッド（第１電極）が露出する状態まで加工してもよい。
【００１１】
図４に、絶縁樹脂層２０の表面にめっき用のシード層１２を形成した後の構造を示す。蒸着法、スパッタリング法、化学気相成長法、無電解めっき法などによってシード層１２を形成する。シード層１２は、絶縁樹脂層２０と再配線層１３との密着性を確保するために密着層となる下層と、再配線層１３を形成するときに給電層となる上層とから構成される。密着層としては、例えば、クロム、チタン、チタン−タングステン合金などの金属が用いられ、その厚さは、通常、１０〜３０００ｎｍ程度である。給電層としては、例えば、銅、クロム、チタン、チタン−タングステン合金などの金属が用いられ、その厚さは、通常、１００〜３０００ｎｍ程度である
【００１２】
図５に、シード層１２の表面にめっき用のレジスト４０を形成した後の構造を示す。フォトリソグラフィ技術によってレジスト４０をパターニングする。このレジスト４０の厚さを、次の工程で成長させるめっき（再配線層１３）の厚さよりも厚くすることが好ましい。
図６に、シード層１２の表面に再配線層１３をめっきした後の構造を示す。めっきの方法としては、電解めっき及び無電解めっきの両方式を利用することができる。めっき金属としては銅、銅合金などが用いられる。再配線層１３の厚さは、通常、１μｍ〜１０μｍ程度である。
【００１３】
図７に、めっき用のレジスト４０を除去した後の構造を示す。レジスト４０を除去することができるはく離液でレジスト４０を除去する。
図８に、めっきした部分以外のシード層１２を除去した後の構造を示す。不要な領域のシード層１２を除去するためには、エッチング液を用いる方法以外に、プラズマを用いる方法も利用できる。
【００１４】
図９に、再配線層１３の表面に再配線保護層２１を形成した後の構造を示す。再配線保護層２１としては、感光性のポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、エポキシ樹脂などが望ましい。スピンコーティング法、ラミネート法、ディスペンス法などによって半導体ウェハ１０の全面に塗布・乾燥して再配線保護層２１を形成する。また、再配線保護層は、例えばメタルマスクを用いて樹脂を印刷して形成してもよい。このようにして形成された再配線保護層２１の厚さは、通常、２μｍ〜２０μｍである。
【００１５】
図１０に、再配線保護層２１の一部を開口して、チップパッド３０及びバンプパッド３３を露出した後の構造を示す。フォトリソグラフィ技術によって再配線保護層２１をパターニングして、チップパッド３０及びバンプパッド３３の表面に開口部を設ける。あるいは、再配線保護層の開口部形成法としては、レーザーにより第１電極が露出する状態まで加工してもよい。チップパッド３０の表面の再配線保護層２１の開口部３２の開口径Ｄ２は、チップパッド３０の表面の絶縁樹脂層２０の開口部３１の開口径Ｄ１よりも大きい（Ｄ２＞Ｄ１）。すなわち、再配線保護層２１の開口部３２に、再配線層１３の一部が露出して、平坦部５１（第２電極）が形成される。
尚、絶縁樹脂層２０の開口部３１の開口径Ｄ１は、好ましくは１０〜２５０μｍであり、再配線保護層２１の開口部３２の開口径Ｄ２は、好ましくは１５〜３００μｍである。
【００１６】
図１１に、再配線保護層２１の表面にバリア層１４を形成した後の構造を示す。蒸着法、スパッタリング法、化学気相成長法、無電解めっき法などによってバリア層１４を形成する。バリア層１４は、再配線層１３とバンプ１７との拡散を防ぐとともに、再配線層１３とバンプ１７との密着を強化する。また、バリア層１４は、再配線層１３と電極１８との拡散を防ぐとともに、再配線層１３と電極１８との密着を強化する。バリア層１４としては、例えば、チタン−銅、チタン−タングステン合金、クロム−銅などの金属が用いられる。バリア層１４の厚さは０．１μｍ〜１μｍ程度である。
【００１７】
図１２に、バリア層１４の表面にめっき用のレジスト４１を形成した後の構造を示す。フォトリソグラフィ技術によってレジスト４１をパターニングする。再配線保護層２１の開口部３２と、バンプパッド３３が露出するように、レジスト４１の一部を開口する。
【００１８】
図１３に、チップパッド３０及びバンプパッド３３の表面に、それぞれ、めっき層１６及びめっき層１５を形成した後の構造を示す。めっき法によってレジスト４１が被覆されていない領域に、電極１８及びバンプ１７になるための金属、好ましくは、はんだ合金がめっきされる。
【００１９】
再配線保護層２１の開口部３２に平坦部５１があることによって、再配線層１３とチップパッド３０の電気的接続が確実なものとなる。絶縁樹脂層２０の開口部３１の壁面５０に、シード層１２あるいは再配線層１３が十分に形成されない場合でも、平坦部５１を設けることで、電気的接続を確実に取れるとの効果がある。開口部３２に形成されためっき層１６（あるいは電極１８）と平坦部５１を介して、チップパッド３０と再配線層１３とが電気的に接続されるからである。シード層１２あるいは再配線層１３が壁面５０に十分に形成されない場合としては、開口部３１のアスペクト比が高い場合に、シード層１２をスパッタ形成する工程において、スパッタ粒子が開口部３１の奥まで入り込まない可能性などが挙げられる。
【００２０】
図１４に、めっき用のレジスト４１を除去した後の構造を示す。レジスト４１を除去することができるはく離液でレジスト４１を除去する。
図１５に、めっきした部分以外のバリア層１４を除去した後の構造を示す。不要な領域のバリア層１４を除去するためには、エッチング液を用いる方法以外に、プラズマを用いる方法も利用できる。
【００２１】
図１６に、めっき層１５及びめっき層１６を溶融して、それぞれ、バンプ１７（外部電極）及び電極１８を形成した後の構造を示す。リフロー法によってめっき金属を溶融することで、溶融金属の表面張力によってボール形状のバンプができる。
最後に、図１〜図１６に図示した工程を経た半導体ウェハ１０を、切断することによって半導体装置（ウェハレベルＣＳＰ）が製造される。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
電子回路が形成された直径８インチ、厚さ６００μｍの半導体ウエハ表面に加熱乾燥後の厚さが５０μｍになるようにスクリーン印刷機（ニューロング精密工業株式会社製、アライメント装置付きＬＳ−３４ＧＸ）、メタルマスク（メッシュ工業株式会社製、厚み１００μｍ）を用いてポリイミド系耐熱性ペースト（日立化成工業株式会社製、ＧＨ−Ｐ５００、樹脂分濃度３０質量％）を印刷した。印刷位置は、半導体装置の外形と同等であり、ダイシングエリアを除く範囲である。これを、８０℃で５分間、１００℃で１０分間、１５０℃で１０分間、２００℃で１５分間、さらに２５０で６０分間加熱処理して絶縁樹脂層を得た。
【００２３】
絶縁樹脂層の所望の位置に炭酸ガスレーザによりチップパッド（第１電極）が露出する状態まで、５０μｍ径（開口径；Ｄ１）の開口部を形成した。
絶縁樹脂層の上面にスパッタ装置を用いてＣｒのスパッタ金属膜を厚み０．５μｍ形成し、スパッタ金属膜表面に厚み２０μｍのめっきレジストを塗布し、Ｃｕめっき配線を形成したい部分を露光・現像処理にてめっきレジスト層を形成し、スパッタ金属膜が露出した部分に電解めっきでＣｕ配線を形成し、Ｃｕ配線が１５μｍに達した後めっきレジストを剥離し、さらにスパッタ金属膜が露出している部分を除去して第二の配線層（再配線層）を形成した。
【００２４】
第二の配線層（再配線層）が形成された絶縁樹脂層表面に、前記ポリイミド系耐熱性ペーストを、加熱乾燥後の厚さが２０μｍになるようにスクリーン印刷機（ニューロング精密工業株式会社製、アライメント装置付きＬＳ−３４ＧＸ）、メタルマスク（メッシュ工業株式会社製、厚み４０μｍ）を用いて印刷した。印刷位置は、半導体装置の外形と同等であり、ダイシングエリアを除く範囲である。これを、８０℃で５分間、１００℃で１０分間、１５０℃で１０分間、２００℃で１５分間、さらに２５０で６０分間加熱処理して第二の配線層の再配線保護層を得た。
【００２５】
再配線保護層の所望の位置に炭酸ガスレーザによりチップパッド（第１電極）が露出する状態まで、１００μｍ径（開口径；Ｄ２）の開口部を形成した。また、再配線保護層の所望の位置に炭酸ガスレーザにより第二の配線層が露出する状態まで、３００μｍ径で加工して、外部電極を形成するための第２電極を得た。
【００２６】
めっき法によって、第１電極及び第２電極に、はんだ合金めっき層を形成した。さらに、リフロー条件２６０℃１分で、はんだ合金めっき層を溶融して、それぞれ、ボール形状のはんだバンプ（外部電極）及び電極を形成した。半導体ウエハをダイシングエリアで切断して、個別の半導体装置を作製した。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、半導体装置の製造方法について広く適用可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１０半導体ウェハ、１１パッシベーション層、１２シード層、１３再配線層、１４バリア層、１５めっき層、１６めっき層、１７バンプ、１８電極、２０絶縁樹脂層、２１再配線保護層、３０チップパッド、３１開口部、３２開口部、３３バンプパッド、４０レジスト、４１レジスト、５０壁面、５１平坦部、５２傾斜部、α 傾斜角。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁樹脂層を第１電極が形成された半導体ウェハ表面に形成する工程、前記絶縁樹脂層の一部を除去して、開口径（Ｄ１）の開口部を形成し、前記半導体ウェハ表面の第１電極を露出させる工程、外部電極と前記第１電極を接続するための再配線層を前記絶縁樹脂層表面に形成する工程、前記再配線層の表面に再配線保護層を形成する工程、前記再配線保護層の一部を除去して、Ｄ２＞Ｄ１となるような開口径（Ｄ２）の開口部を形成し、前記第１電極と、前記外部電極を形成するための第２電極を露出させる工程、前記第１電極及び前記第２電極の表面にめっき層を形成する工程、前記めっき層を溶融することによって前記外部電極を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

【図１】