JP2005012065A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】チップにおける応力集中を防止すると共に、バンプ形成時の位置合わせを高精度で行う。
【解決手段】半導体装置は、最上層メタル1およびチップ上面を覆うパッシベーション膜2およびポリイミド樹脂3を有している。パッシベーション膜2およびポリイミド樹脂3には、最上層メタル1のパッド部上にパッド開口12が形成されると共に、アライメントマークとして機能するマーク開口22が形成される。さらに、パッド開口12上にはフリップチップ用の半田バンプ13が形成され、マーク開口22上には、半田バンプ13と同じ形状および大きさのダミー半田バンプ23が形成される。
【選択図】 図1
【解決手段】半導体装置は、最上層メタル1およびチップ上面を覆うパッシベーション膜2およびポリイミド樹脂3を有している。パッシベーション膜2およびポリイミド樹脂3には、最上層メタル1のパッド部上にパッド開口12が形成されると共に、アライメントマークとして機能するマーク開口22が形成される。さらに、パッド開口12上にはフリップチップ用の半田バンプ13が形成され、マーク開口22上には、半田バンプ13と同じ形状および大きさのダミー半田バンプ23が形成される。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップボンディング用バンプを有するチップにより構成される半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
LSIの大規模化、多ピン化に伴い、半導体チップと実装基板やパッケージとの接続方式として、フリップチップボンディングの重要性が高まっている。また、パッケージの裏面に入出力用のパッドを並べたフリップチップBGA(Ball Grid Array)タイプのパッケージも多く用いられるようになってきた。フリップチップボンディングにおいては、半導体チップの接続用パッドと実装基板(フリップチップ基板)とは、当該パッド上に形成された突起状電極(バンプ)を介して接続される。そのためフリップチップボンディングは、ワイヤボンディングに比べて配線長を短くできる。
【0003】
パッド上にバンプを形成する場合、その前処理として表面保護用の絶縁膜で覆われたパッド上に開口(以下「パッド開口」)を形成し、バンプ形成金属(例えば半田)とパッドとが反応しないようにするバリアの役割を果たすアンダーバンプメタル(UBM)を形成する。そしてその上にフォトレジストを形成し、当該フォトレジストを露光、現像し、パッド開口の位置に合わせてバンプを形成するための開口(以下「バンプ開口」)を形成する。そして、当該バンプ開口内にバンプ形成金属を堆積させることで、バンプを形成する。
【0004】
一般に、フリップチップ用のバンプのパターンは、素子や配線の形成の場合に比べてパターンが極めて簡単である。よって、上記バンプ開口を形成するための露光工程において、パッド開口とフォトマスクの位置合わせは手動で目視により行われる。この位置合わせには、パッド開口自身の段差がアライメントマークとして使用される。
【0005】
バンプ開口はパターンの位置ずれを考慮して、パッド開口よりも大きく形成する必要がある。つまり、フォトマスクにおけるバンプ開口パターンは、パッド開口よりも大きい形状を有する。そのため上記位置合わせは、バンプ開口パターンと、それよりも小さいアライメントマーク(パッド開口)との位置合わせによって行わなければならない。しかし、バンプ開口パターンとアライメントマークとのサイズが大きく異なるため、精度のよい位置合わせは困難であった。
【0006】
一方、その位置合わせの精度を向上させるための技術も幾つか提案されている。例えば、パッドの周縁部にアライメントマークを形成する手法がある(特許文献1)。また、パッド開口による段差をアライメントマークとして用いずにバンプ用フォトマスク専用のアライメントマークを設ける手法や、バンプ用フォトマスクに位置合わせ用のマークを設置する手法もある(特許文献2)。
【0007】
【特許文献1】
特開平11−195667号公報(第2−3頁、第1−2図)
【特許文献2】
特開平11−8184号公報(第2−3頁、第1−4図)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、フリップチップ用のバンプは、複数個でアレイを構成し、チップ上面に均一に配置される。それによってチップ上面における構造を均一にするのである。チップ上でバンプが均一に配置されておらず他の部分と構造が大きく異なる個所が存在する場合、チップの基板搭載時にその個所に応力が集中してクラックが発生する恐れが生じるからである。例えばチップ上に、バンプ用フォトマスク専用のアライメントマークを設けた場合、その部分の構造が他の個所と異なるために、当該アライメントマーク付近に応力が集中してしまう。
【0009】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、バンプ形成の際の位置合わせを高精度で行うことができると共に、チップにおける応力集中を防止することが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、チップ上面を覆うと共に、パッド部上に第1開口部を有する絶縁膜と、前記第1開口部上に形成されたバンプ電極と、前記絶縁膜に形成されたアライメントマークである第2開口部と、前記第2開口部上に形成され、平面視で前記バンプ電極とほぼ同じ形状および大きさのダミーバンプ電極とを備え、前記第2開口部と前記ダミーバンプ電極とのマージンは、前記第1開口部と前記バンプ電極とのマージンよりも小さい。
【0011】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、(a)チップ上面を覆う絶縁膜に対し、パッド部上に第1開口部を形成すると共に、アライメントマークとしての第2開口部を形成する工程と、(b)前記第1開口部上にバンプ電極を形成すると共に、前記第2開口部上にダミーバンプ電極を形成する工程とを備え、前記工程(a)における前記バンプ電極のパターンと前記第1開口部との位置合わせは、前記ダミーバンプ電極のパターンと前記第2開口部との位置合わせを行うことにより実行され、前記第2開口部と前記ダミーバンプ電極のパターンとのマージンは、前記第1開口部と前記バンプ電極のパターンとのマージンよりも小さく、前記ダミーバンプ電極は、平面視で前記バンプ電極とほぼ同じ形状および大きさである。
【0012】
【発明の実施の形態】
<実施の形態1>
図1および図2は、本実施の形態に係る半導体装置の構成を示す図である。図1は当該半導体装置の断面図であり、図2はその上面図である。本実施の形態に係る半導体装置は、フリップチップ用のバンプと、バンプ形成用のフォトマスクを位置合わせするためのアライメントマークとを備える構造を有している。図1および図2において、左側はバンプが形成される領域(バンプ形成領域)を示しており、右側はアライメントマークが形成される領域(アライメントマーク領域)を示している。
【0013】
当該半導体装置は、トランジスタや配線等が形成された半導体基板(不図示)に形成された、最上配線層としての最上層メタル1、シリコン窒化膜等によるパッシベーション膜2、感光性のポリイミド樹脂3(あるいはフォトレジスト)を有している。パッシベーション膜2およびポリイミド樹脂3は、チップの上面を覆う保護絶縁膜として機能している。バンプ形成領域のパッシベーション膜2およびポリイミド樹脂3には、最上層メタル1のパッド部上に第1開口である開口12(以下「パッド開口12」)が形成される。また、アライメントマーク領域のパッシベーション膜2およびポリイミド樹脂3には、アライメントマークとして機能する第2開口である開口22(以下「マーク開口22」)が形成されている。
【0014】
パッド開口12上には、アンダーバンプメタル(UBM)4を介して半田バンプ13が形成される。アンダーバンプメタル4は、半田バンプ13と最上層メタル1とが反応しないようにするバリアの役割を果たしている。一方、マーク開口22上にも、アンダーバンプメタル4を介してダミーの半田バンプ23(以下「ダミー半田バンプ23」)が形成されている。
【0015】
図示は省略するが、当該半導体装置はチップ上面にさらに複数の半田バンプ13を有しており、それらは互いに同じ大きさおよび形状をもって形成されている。また、チップ上面構造の均一性を保つために、例えば後で示す図10や図11の如く、ダミー半田バンプ23はそれら複数の半田バンプ13と共にアレイを構成するように配置される。
【0016】
図2に示すように、半田バンプ13とダミー半田バンプ23とは、互いに形状および大きさが同じである。従って、チップ上にアライメントマーク(マーク開口22)を設けたとしても、チップ上面における構造の均一性は保たれる。そのため、基板搭載時に当該アライメントマークの部分に応力が集中することは抑制される。なお、ここでは半田バンプ13が8角形である例を示しているが他の形状であってもよい。例えば半田バンプ13が円形の場合、図3の如くダミー半田バンプ23も同じ大きさの円形とする。
【0017】
半田バンプ13は、その形成の際の位置ずれを考慮して、図2の如くパッド開口12に対するマージンm1をとり、パッド開口12の径よりも大きめに形成される。それに対し、ダミー半田バンプ23はマーク開口22の径とほぼ同等の大きさに形成される。即ち、ダミー半田バンプ23とマーク開口22とは平面視でほぼ同じ形状および大きさを有している。つまり、マーク開口22とダミー半田バンプ23とのマージンm2は、パッド開口12と半田バンプ13とのマージンm1よりも小さい。
【0018】
以下、図4〜図8を用いて、本実施の形態に係る半導体装置の製造工程を説明する。これらの図においても、左側はバンプ形成領域を示しており、右側はアライメントマーク領域を示している。
【0019】
まず、半導体基板にトランジスタ等のデバイスや配線を形成した後、最上層メタル1を形成する。その上に、シリコン窒化膜によるパッシベーション膜2および感光性のポリイミド樹脂3を形成する。次いで、ポリイミド樹脂3をパターニングすることで、最上層メタル1のパッド部上の領域およびアライメントマークを形成する領域を開口する。そして、そのポリイミド樹脂3をマスクにしてパッシベーション膜2をエッチングする。その結果、パッシベーション膜2およびポリイミド樹脂3に、パッド開口12並びにマーク開口22が形成される。そしてスパッタ法により、例えばTiやCuによるアンダーバンプメタル4を形成する(図4)。
【0020】
上述のように、半田バンプ13は、その形成の際の位置ずれを考慮してパッド開口12の径よりも大きめに形成される。逆に言えば、パッド開口12をこのあと形成する半田バンプ13の径よりも、予め小さめに形成しておく必要がある。それに対し、マーク開口22はこのあと形成するダミー半田バンプ23の径と同等の大きさに形成しておく。
【0021】
そして、フォトレジスト5を形成して露光、現像処理を行うことにより、パッド開口12の上に、半田バンプ13を形成するための開口14(以下「バンプ開口14」)を形成すると共に、マーク開口22の上方に、ダミー半田バンプ23を形成するための開口24(以下「ダミーバンプ開口24」)を形成する(図5)。
【0022】
フリップチップ用のバンプのパターンは簡単であるため、このフォトレジスト5の露光工程におけるフォトマスクの位置合わせは、手動で目視により行われるのが一般的である。図8は本実施の形態におけるその位置合わせ方法を説明する図である。ここでは、フォトレジスト5がネガレジストであるケースを示す。同図における斜線領域は、フォトマスク30におけるCr等の遮光パターンを示している。
【0023】
本実施の形態においては、フォトマスク30の位置合わせはマーク開口22をアライメントマークとして使用する。つまり、当該位置合わせは、フォトマスク30におけるダミーバンプ開口24のパターン24a(即ちダミー半田バンプ23のパターン)と、チップ上に形成されたマーク開口22のエッジ部の段差とを位置合わせすることにより実行される。
【0024】
チップ上のマーク開口22は、予めダミー半田バンプ23の形状とほぼ同じの大きさおよび形状に形成しているため、フォトマスク30におけるダミーバンプ開口24のパターン24aとマーク開口22とのクリアランスdは小さい。よって、容易に正確な位置合わせを行うことが可能である。それにより、バンプ形成領域において、パッド開口12とフォトマスク30におけるバンプ開口14のパターン14aとが正確に位置合わせされる。
【0025】
その後、半田メッキのシード層となるNi層を形成して、バンプ開口14およびダミーバンプ開口24内に、それぞれ半田バンプ13およびダミー半田バンプ23をメッキ法により形成する(図6)。次いで、フォトレジスト5を除去し、アンダーバンプメタル層4を半田バンプ13およびダミー半田バンプ23をマスクにエッチングする(図7)。最後に、半田バンプ13およびダミー半田バンプ23をリフローすることにより、図1に示した半導体装置構造が形成される。
【0026】
ここで、フォトレジスト5がネガレジストである場合、図8に示したように、マーク開口22をフォトマスク30におけるダミーバンプ開口24のパターン24aに対して僅かに小さく形成するとよい。それにより、位置合わせの際にパターン24a内にマーク開口22全体を視認することができ、位置合わせを行いやすくなる。この場合は、マーク開口22が、平面視でダミー半田バンプ23よりも僅かに小さく形成される。
【0027】
逆に、フォトレジスト5がポジレジストである場合(即ち、フォトマスク30がバンプ開口14およびダミーバンプ開口24の形状の遮光パターンを有する場合)は、マーク開口22の大きさがフォトマスク30の遮光パターンよりも小さいと、位置合わせの際にフォトマスク30の遮光パターンにマーク開口22が隠されてしまい、視認できなくなる。よってその場合は図9の如く、マーク開口22の大きさを、フォトマスク30におけるダミーバンプ開口24の遮光パターン24bよりも僅かに大きく形成するとよい。それにより、位置合わせの際にマーク開口22のエッジ全体を視認可能になり、より正確な位置合わせが可能になる。この場合は、マーク開口22が、平面視でダミー半田バンプ23よりも僅かに大きく形成される。
【0028】
以上のように、本実施の形態によれば、フォトマスク30の位置合わせの際に、正確な位置合わせが可能である。従って、パッド開口12と半田バンプ13との位置ずれを考慮したマージンを小さくすることが可能になり、半導体装置の高集積化に寄与できる。また、半田バンプ13とダミー半田バンプ23とは、互いに形状および大きさが同じである。よって、チップ上面における構造の均一性は保たれる。そのため、当該チップの基板搭載時にアライメントマーク付近に応力が集中することが抑制される。
【0029】
なお、本発明の適用は、バンプ形状は以上に示した8角形および円形に限定されるものではなく、あらゆる形状のバンプ形成に対しても適用可能である。
【0030】
<実施の形態2>
実施の形態1によれば、半田バンプ13とダミー半田バンプ23とは、互いに形状および大きさが同じであるので、チップ上面における構造の均一性は保たれる。しかし、図1の断面図から分かるように、パッド開口12とマーク開口22とは大きさが異なっており、バンプ形成領域とアライメントマーク領域とでは、チップ上面構造が完全に一致しているわけではない。そのため、その構造の違いに起因して、アライメントマーク領域に応力が集中することも考えられる。よってアライメントマーク領域は、なるべく応力の影響を受け難い場所に配置することが望ましい。
【0031】
一般に、基板搭載時に発生する応力の影響は、チップのコーナー部において大きくなりやすい傾向にある。そこで本実施の形態ではアライメントマーク領域を、応力の影響が小さいチップ中央部に設ける。
【0032】
図10は、本実施の形態に係る半導体装置の構造を示す図であり、チップが形成されたウェハの上面図である。同図は、半田バンプ13(パッド開口12)およびダミー半田バンプ23(マーク開口22)の配設例を示している。チップ50の上面には、複数個の半田バンプ13が均一に形成される。ダミー半田バンプ23は、半田バンプ13の配置の均一性を損なわないように、半田バンプ13と共にアレイを構成している。さらに、ダミー半田バンプ23は、応力の影響を受けやすいチップ50のコーナー部51を避けて中央付近に配設されている。つまり、アライメントマーク領域は、チップ50の中央付近に位置している。よって、アライメントマーク領域おける応力の集中はさらに抑えられる。
【0033】
なお、図10においては、半田バンプ13がチップ50全面で等しい間隔で配設された例を示しているが、例えば図11のように、チップ50上の領域によって半田バンプの間隔が変わるものであってもよい。
【0034】
<実施の形態3>
上記実施の形態においては、チップ上面構造の均一性を保つためにパッド開口12とマーク開口22とは非常に似かよった形状に形成した。そのため、例えば図10に示したようにマーク開口22が、パッド開口12と共にアレイを構成するような構造の場合、その中から目視でマーク開口22を見つけ出すことは困難になることが考えられる。そこで、本実施の形態では、ウェハ上の視認しやすい位置に、マーク開口22の位置を示すアライメントマーク検出用マークを設ける。
【0035】
図12は、本実施の形態に係る半導体装置の構造を示す図であり、チップが形成されたウェハの上面図である。チップ50の外側のダイシング領域にアライメントマーク検出用マーク60を形成する。この例では、アライメントマーク検出用マーク60は、マーク開口22の右方向および下方向のダイシング領域内の位置に配設される。位置合わせを行う者は、アライメントマーク検出用マーク60を頼りに、マーク開口22を容易に見つけ出すことができるようになる。
【0036】
また、ダイシング領域は基板搭載時には削り取られ、応力集中の問題は伴わないので、アライメントマーク検出用マーク60の構造は視認可能であれば任意のものでよい。例えば、ポリイミド樹脂の開口として形成してもよい。その場合、図4に示した工程で、パッド開口12およびマーク開口22の形成に並行してアライメントマーク検出用マーク60を形成することができ、実施の形態1に比較して製造工程数の増加は伴わない。また、その開口上には半田バンプを必ずしも形成する必要はない。
【0037】
アライメントマーク検出用マーク60の形成位置は、視認しやすい位置であれば良く、必ずしもチップ50の外側のダイシング領域である必要はない。例えばチップ50の内側外周の領域であってもよい。但し、その場合は基板搭載時にもチップ上にアライメントマーク検出用マーク60が残存することになるので、チップ上面構造の均一性を損なわないように、アライメントマーク検出用マーク60の上にも、半田バンプ13と同じ大きさおおよび形状の半田バンプを形成してもよい。
【0038】
<実施の形態4>
本実施の形態においては、アライメントマーク領域を、チップの外側のダイシング領域に配置する。即ち、ダミー半田バンプ23(マーク開口22)は、図13の如く、チップ50の外側のダイシング領域に形成される。
【0039】
ダイシング領域は基板搭載時には削り取られるため、基板搭載時におけるアライメントマーク領域における応力集中の問題は伴わない。また図13のように、チップ50の外側のダイシング領域にも、チップ50内と同じ間隔をもって半田バンプ13(パッド開口12)を配設することにより、ウェハ全面の上面構造の均一性を保つことができる。それにより、ダイシング前における製造工程中でもウェハ内での応力集中を抑えることができ、より精度の高い位置合わせが可能になる。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る半導体装置およびその製造方法によれば、バンプ電極の位置合わせの精度を向上させる目的でチップ上にアライメントマークを形成した場合であっても、チップ上面における構造の均一性は保たれる。つまり、バンプ電極の位置合わせを高い精度で行うことができると共に、チップの基板搭載時に当該アライメントマーク付近に応力が集中することが抑制され、クラックの発生を防止できるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図2】実施の形態1に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図3】実施の形態1に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図4】実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図5】実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図6】実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図7】実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図8】実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図9】実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図10】実施の形態2に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図11】実施の形態2に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図12】実施の形態3に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図13】実施の形態4に係る半導体装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 最上層メタル、2 パッシベーション膜、3 ポリイミド樹脂、4 アンダーバンプメタル、12 パッド開口、13 半田バンプ、22 マーク開口、23 ダミー半田バンプ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップボンディング用バンプを有するチップにより構成される半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
LSIの大規模化、多ピン化に伴い、半導体チップと実装基板やパッケージとの接続方式として、フリップチップボンディングの重要性が高まっている。また、パッケージの裏面に入出力用のパッドを並べたフリップチップBGA(Ball Grid Array)タイプのパッケージも多く用いられるようになってきた。フリップチップボンディングにおいては、半導体チップの接続用パッドと実装基板(フリップチップ基板)とは、当該パッド上に形成された突起状電極(バンプ)を介して接続される。そのためフリップチップボンディングは、ワイヤボンディングに比べて配線長を短くできる。
【0003】
パッド上にバンプを形成する場合、その前処理として表面保護用の絶縁膜で覆われたパッド上に開口(以下「パッド開口」)を形成し、バンプ形成金属(例えば半田)とパッドとが反応しないようにするバリアの役割を果たすアンダーバンプメタル(UBM)を形成する。そしてその上にフォトレジストを形成し、当該フォトレジストを露光、現像し、パッド開口の位置に合わせてバンプを形成するための開口(以下「バンプ開口」)を形成する。そして、当該バンプ開口内にバンプ形成金属を堆積させることで、バンプを形成する。
【0004】
一般に、フリップチップ用のバンプのパターンは、素子や配線の形成の場合に比べてパターンが極めて簡単である。よって、上記バンプ開口を形成するための露光工程において、パッド開口とフォトマスクの位置合わせは手動で目視により行われる。この位置合わせには、パッド開口自身の段差がアライメントマークとして使用される。
【0005】
バンプ開口はパターンの位置ずれを考慮して、パッド開口よりも大きく形成する必要がある。つまり、フォトマスクにおけるバンプ開口パターンは、パッド開口よりも大きい形状を有する。そのため上記位置合わせは、バンプ開口パターンと、それよりも小さいアライメントマーク(パッド開口)との位置合わせによって行わなければならない。しかし、バンプ開口パターンとアライメントマークとのサイズが大きく異なるため、精度のよい位置合わせは困難であった。
【0006】
一方、その位置合わせの精度を向上させるための技術も幾つか提案されている。例えば、パッドの周縁部にアライメントマークを形成する手法がある(特許文献1)。また、パッド開口による段差をアライメントマークとして用いずにバンプ用フォトマスク専用のアライメントマークを設ける手法や、バンプ用フォトマスクに位置合わせ用のマークを設置する手法もある(特許文献2)。
【0007】
【特許文献1】
特開平11−195667号公報(第2−3頁、第1−2図)
【特許文献2】
特開平11−8184号公報(第2−3頁、第1−4図)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、フリップチップ用のバンプは、複数個でアレイを構成し、チップ上面に均一に配置される。それによってチップ上面における構造を均一にするのである。チップ上でバンプが均一に配置されておらず他の部分と構造が大きく異なる個所が存在する場合、チップの基板搭載時にその個所に応力が集中してクラックが発生する恐れが生じるからである。例えばチップ上に、バンプ用フォトマスク専用のアライメントマークを設けた場合、その部分の構造が他の個所と異なるために、当該アライメントマーク付近に応力が集中してしまう。
【0009】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、バンプ形成の際の位置合わせを高精度で行うことができると共に、チップにおける応力集中を防止することが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、チップ上面を覆うと共に、パッド部上に第1開口部を有する絶縁膜と、前記第1開口部上に形成されたバンプ電極と、前記絶縁膜に形成されたアライメントマークである第2開口部と、前記第2開口部上に形成され、平面視で前記バンプ電極とほぼ同じ形状および大きさのダミーバンプ電極とを備え、前記第2開口部と前記ダミーバンプ電極とのマージンは、前記第1開口部と前記バンプ電極とのマージンよりも小さい。
【0011】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、(a)チップ上面を覆う絶縁膜に対し、パッド部上に第1開口部を形成すると共に、アライメントマークとしての第2開口部を形成する工程と、(b)前記第1開口部上にバンプ電極を形成すると共に、前記第2開口部上にダミーバンプ電極を形成する工程とを備え、前記工程(a)における前記バンプ電極のパターンと前記第1開口部との位置合わせは、前記ダミーバンプ電極のパターンと前記第2開口部との位置合わせを行うことにより実行され、前記第2開口部と前記ダミーバンプ電極のパターンとのマージンは、前記第1開口部と前記バンプ電極のパターンとのマージンよりも小さく、前記ダミーバンプ電極は、平面視で前記バンプ電極とほぼ同じ形状および大きさである。
【0012】
【発明の実施の形態】
<実施の形態1>
図1および図2は、本実施の形態に係る半導体装置の構成を示す図である。図1は当該半導体装置の断面図であり、図2はその上面図である。本実施の形態に係る半導体装置は、フリップチップ用のバンプと、バンプ形成用のフォトマスクを位置合わせするためのアライメントマークとを備える構造を有している。図1および図2において、左側はバンプが形成される領域(バンプ形成領域)を示しており、右側はアライメントマークが形成される領域(アライメントマーク領域)を示している。
【0013】
当該半導体装置は、トランジスタや配線等が形成された半導体基板(不図示)に形成された、最上配線層としての最上層メタル1、シリコン窒化膜等によるパッシベーション膜2、感光性のポリイミド樹脂3(あるいはフォトレジスト)を有している。パッシベーション膜2およびポリイミド樹脂3は、チップの上面を覆う保護絶縁膜として機能している。バンプ形成領域のパッシベーション膜2およびポリイミド樹脂3には、最上層メタル1のパッド部上に第1開口である開口12(以下「パッド開口12」)が形成される。また、アライメントマーク領域のパッシベーション膜2およびポリイミド樹脂3には、アライメントマークとして機能する第2開口である開口22(以下「マーク開口22」)が形成されている。
【0014】
パッド開口12上には、アンダーバンプメタル(UBM)4を介して半田バンプ13が形成される。アンダーバンプメタル4は、半田バンプ13と最上層メタル1とが反応しないようにするバリアの役割を果たしている。一方、マーク開口22上にも、アンダーバンプメタル4を介してダミーの半田バンプ23(以下「ダミー半田バンプ23」)が形成されている。
【0015】
図示は省略するが、当該半導体装置はチップ上面にさらに複数の半田バンプ13を有しており、それらは互いに同じ大きさおよび形状をもって形成されている。また、チップ上面構造の均一性を保つために、例えば後で示す図10や図11の如く、ダミー半田バンプ23はそれら複数の半田バンプ13と共にアレイを構成するように配置される。
【0016】
図2に示すように、半田バンプ13とダミー半田バンプ23とは、互いに形状および大きさが同じである。従って、チップ上にアライメントマーク(マーク開口22)を設けたとしても、チップ上面における構造の均一性は保たれる。そのため、基板搭載時に当該アライメントマークの部分に応力が集中することは抑制される。なお、ここでは半田バンプ13が8角形である例を示しているが他の形状であってもよい。例えば半田バンプ13が円形の場合、図3の如くダミー半田バンプ23も同じ大きさの円形とする。
【0017】
半田バンプ13は、その形成の際の位置ずれを考慮して、図2の如くパッド開口12に対するマージンm1をとり、パッド開口12の径よりも大きめに形成される。それに対し、ダミー半田バンプ23はマーク開口22の径とほぼ同等の大きさに形成される。即ち、ダミー半田バンプ23とマーク開口22とは平面視でほぼ同じ形状および大きさを有している。つまり、マーク開口22とダミー半田バンプ23とのマージンm2は、パッド開口12と半田バンプ13とのマージンm1よりも小さい。
【0018】
以下、図4〜図8を用いて、本実施の形態に係る半導体装置の製造工程を説明する。これらの図においても、左側はバンプ形成領域を示しており、右側はアライメントマーク領域を示している。
【0019】
まず、半導体基板にトランジスタ等のデバイスや配線を形成した後、最上層メタル1を形成する。その上に、シリコン窒化膜によるパッシベーション膜2および感光性のポリイミド樹脂3を形成する。次いで、ポリイミド樹脂3をパターニングすることで、最上層メタル1のパッド部上の領域およびアライメントマークを形成する領域を開口する。そして、そのポリイミド樹脂3をマスクにしてパッシベーション膜2をエッチングする。その結果、パッシベーション膜2およびポリイミド樹脂3に、パッド開口12並びにマーク開口22が形成される。そしてスパッタ法により、例えばTiやCuによるアンダーバンプメタル4を形成する(図4)。
【0020】
上述のように、半田バンプ13は、その形成の際の位置ずれを考慮してパッド開口12の径よりも大きめに形成される。逆に言えば、パッド開口12をこのあと形成する半田バンプ13の径よりも、予め小さめに形成しておく必要がある。それに対し、マーク開口22はこのあと形成するダミー半田バンプ23の径と同等の大きさに形成しておく。
【0021】
そして、フォトレジスト5を形成して露光、現像処理を行うことにより、パッド開口12の上に、半田バンプ13を形成するための開口14(以下「バンプ開口14」)を形成すると共に、マーク開口22の上方に、ダミー半田バンプ23を形成するための開口24(以下「ダミーバンプ開口24」)を形成する(図5)。
【0022】
フリップチップ用のバンプのパターンは簡単であるため、このフォトレジスト5の露光工程におけるフォトマスクの位置合わせは、手動で目視により行われるのが一般的である。図8は本実施の形態におけるその位置合わせ方法を説明する図である。ここでは、フォトレジスト5がネガレジストであるケースを示す。同図における斜線領域は、フォトマスク30におけるCr等の遮光パターンを示している。
【0023】
本実施の形態においては、フォトマスク30の位置合わせはマーク開口22をアライメントマークとして使用する。つまり、当該位置合わせは、フォトマスク30におけるダミーバンプ開口24のパターン24a(即ちダミー半田バンプ23のパターン)と、チップ上に形成されたマーク開口22のエッジ部の段差とを位置合わせすることにより実行される。
【0024】
チップ上のマーク開口22は、予めダミー半田バンプ23の形状とほぼ同じの大きさおよび形状に形成しているため、フォトマスク30におけるダミーバンプ開口24のパターン24aとマーク開口22とのクリアランスdは小さい。よって、容易に正確な位置合わせを行うことが可能である。それにより、バンプ形成領域において、パッド開口12とフォトマスク30におけるバンプ開口14のパターン14aとが正確に位置合わせされる。
【0025】
その後、半田メッキのシード層となるNi層を形成して、バンプ開口14およびダミーバンプ開口24内に、それぞれ半田バンプ13およびダミー半田バンプ23をメッキ法により形成する(図6)。次いで、フォトレジスト5を除去し、アンダーバンプメタル層4を半田バンプ13およびダミー半田バンプ23をマスクにエッチングする(図7)。最後に、半田バンプ13およびダミー半田バンプ23をリフローすることにより、図1に示した半導体装置構造が形成される。
【0026】
ここで、フォトレジスト5がネガレジストである場合、図8に示したように、マーク開口22をフォトマスク30におけるダミーバンプ開口24のパターン24aに対して僅かに小さく形成するとよい。それにより、位置合わせの際にパターン24a内にマーク開口22全体を視認することができ、位置合わせを行いやすくなる。この場合は、マーク開口22が、平面視でダミー半田バンプ23よりも僅かに小さく形成される。
【0027】
逆に、フォトレジスト5がポジレジストである場合(即ち、フォトマスク30がバンプ開口14およびダミーバンプ開口24の形状の遮光パターンを有する場合)は、マーク開口22の大きさがフォトマスク30の遮光パターンよりも小さいと、位置合わせの際にフォトマスク30の遮光パターンにマーク開口22が隠されてしまい、視認できなくなる。よってその場合は図9の如く、マーク開口22の大きさを、フォトマスク30におけるダミーバンプ開口24の遮光パターン24bよりも僅かに大きく形成するとよい。それにより、位置合わせの際にマーク開口22のエッジ全体を視認可能になり、より正確な位置合わせが可能になる。この場合は、マーク開口22が、平面視でダミー半田バンプ23よりも僅かに大きく形成される。
【0028】
以上のように、本実施の形態によれば、フォトマスク30の位置合わせの際に、正確な位置合わせが可能である。従って、パッド開口12と半田バンプ13との位置ずれを考慮したマージンを小さくすることが可能になり、半導体装置の高集積化に寄与できる。また、半田バンプ13とダミー半田バンプ23とは、互いに形状および大きさが同じである。よって、チップ上面における構造の均一性は保たれる。そのため、当該チップの基板搭載時にアライメントマーク付近に応力が集中することが抑制される。
【0029】
なお、本発明の適用は、バンプ形状は以上に示した8角形および円形に限定されるものではなく、あらゆる形状のバンプ形成に対しても適用可能である。
【0030】
<実施の形態2>
実施の形態1によれば、半田バンプ13とダミー半田バンプ23とは、互いに形状および大きさが同じであるので、チップ上面における構造の均一性は保たれる。しかし、図1の断面図から分かるように、パッド開口12とマーク開口22とは大きさが異なっており、バンプ形成領域とアライメントマーク領域とでは、チップ上面構造が完全に一致しているわけではない。そのため、その構造の違いに起因して、アライメントマーク領域に応力が集中することも考えられる。よってアライメントマーク領域は、なるべく応力の影響を受け難い場所に配置することが望ましい。
【0031】
一般に、基板搭載時に発生する応力の影響は、チップのコーナー部において大きくなりやすい傾向にある。そこで本実施の形態ではアライメントマーク領域を、応力の影響が小さいチップ中央部に設ける。
【0032】
図10は、本実施の形態に係る半導体装置の構造を示す図であり、チップが形成されたウェハの上面図である。同図は、半田バンプ13(パッド開口12)およびダミー半田バンプ23(マーク開口22)の配設例を示している。チップ50の上面には、複数個の半田バンプ13が均一に形成される。ダミー半田バンプ23は、半田バンプ13の配置の均一性を損なわないように、半田バンプ13と共にアレイを構成している。さらに、ダミー半田バンプ23は、応力の影響を受けやすいチップ50のコーナー部51を避けて中央付近に配設されている。つまり、アライメントマーク領域は、チップ50の中央付近に位置している。よって、アライメントマーク領域おける応力の集中はさらに抑えられる。
【0033】
なお、図10においては、半田バンプ13がチップ50全面で等しい間隔で配設された例を示しているが、例えば図11のように、チップ50上の領域によって半田バンプの間隔が変わるものであってもよい。
【0034】
<実施の形態3>
上記実施の形態においては、チップ上面構造の均一性を保つためにパッド開口12とマーク開口22とは非常に似かよった形状に形成した。そのため、例えば図10に示したようにマーク開口22が、パッド開口12と共にアレイを構成するような構造の場合、その中から目視でマーク開口22を見つけ出すことは困難になることが考えられる。そこで、本実施の形態では、ウェハ上の視認しやすい位置に、マーク開口22の位置を示すアライメントマーク検出用マークを設ける。
【0035】
図12は、本実施の形態に係る半導体装置の構造を示す図であり、チップが形成されたウェハの上面図である。チップ50の外側のダイシング領域にアライメントマーク検出用マーク60を形成する。この例では、アライメントマーク検出用マーク60は、マーク開口22の右方向および下方向のダイシング領域内の位置に配設される。位置合わせを行う者は、アライメントマーク検出用マーク60を頼りに、マーク開口22を容易に見つけ出すことができるようになる。
【0036】
また、ダイシング領域は基板搭載時には削り取られ、応力集中の問題は伴わないので、アライメントマーク検出用マーク60の構造は視認可能であれば任意のものでよい。例えば、ポリイミド樹脂の開口として形成してもよい。その場合、図4に示した工程で、パッド開口12およびマーク開口22の形成に並行してアライメントマーク検出用マーク60を形成することができ、実施の形態1に比較して製造工程数の増加は伴わない。また、その開口上には半田バンプを必ずしも形成する必要はない。
【0037】
アライメントマーク検出用マーク60の形成位置は、視認しやすい位置であれば良く、必ずしもチップ50の外側のダイシング領域である必要はない。例えばチップ50の内側外周の領域であってもよい。但し、その場合は基板搭載時にもチップ上にアライメントマーク検出用マーク60が残存することになるので、チップ上面構造の均一性を損なわないように、アライメントマーク検出用マーク60の上にも、半田バンプ13と同じ大きさおおよび形状の半田バンプを形成してもよい。
【0038】
<実施の形態4>
本実施の形態においては、アライメントマーク領域を、チップの外側のダイシング領域に配置する。即ち、ダミー半田バンプ23(マーク開口22)は、図13の如く、チップ50の外側のダイシング領域に形成される。
【0039】
ダイシング領域は基板搭載時には削り取られるため、基板搭載時におけるアライメントマーク領域における応力集中の問題は伴わない。また図13のように、チップ50の外側のダイシング領域にも、チップ50内と同じ間隔をもって半田バンプ13(パッド開口12)を配設することにより、ウェハ全面の上面構造の均一性を保つことができる。それにより、ダイシング前における製造工程中でもウェハ内での応力集中を抑えることができ、より精度の高い位置合わせが可能になる。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る半導体装置およびその製造方法によれば、バンプ電極の位置合わせの精度を向上させる目的でチップ上にアライメントマークを形成した場合であっても、チップ上面における構造の均一性は保たれる。つまり、バンプ電極の位置合わせを高い精度で行うことができると共に、チップの基板搭載時に当該アライメントマーク付近に応力が集中することが抑制され、クラックの発生を防止できるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図2】実施の形態1に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図3】実施の形態1に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図4】実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図5】実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図6】実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図7】実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図8】実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図9】実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図10】実施の形態2に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図11】実施の形態2に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図12】実施の形態3に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図13】実施の形態4に係る半導体装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 最上層メタル、2 パッシベーション膜、3 ポリイミド樹脂、4 アンダーバンプメタル、12 パッド開口、13 半田バンプ、22 マーク開口、23 ダミー半田バンプ。
Claims (10)
- チップ上面を覆うと共に、パッド部上に第1開口部を有する絶縁膜と、
前記第1開口部上に形成されたバンプ電極と、
前記絶縁膜に形成されたアライメントマークである第2開口部と、
前記第2開口部上に形成され、平面視で前記バンプ電極とほぼ同じ形状および大きさのダミーバンプ電極とを備え、
前記第2開口部と前記ダミーバンプ電極とのマージンは、前記第1開口部と前記バンプ電極とのマージンよりも小さい
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置であって、
前記第2開口部は、平面視で前記ダミーバンプ電極とほぼ同じ形状および大きさである
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項2に記載の半導体装置であって、
前記第2開口部は、平面視で前記ダミーバンプ電極よりも僅かに小さい
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項2に記載の半導体装置であって、
前記第2開口部は、平面視で前記ダミーバンプ電極よりも僅かに大きい
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記ダミーバンプ電極は、前記チップのコーナー部分以外の場所に配設されている
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記バンプ電極は複数個あり、前記ダミーバンプ電極と共にアレイを構成している
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の半導体装置であって、さらに、
前記第2開口部とは別の位置に配設されたアライメントマーク検出用マークを備える
ことを特徴とする半導体装置。 - (a)チップ上面を覆う絶縁膜に対し、パッド部上に第1開口部を形成すると共に、アライメントマークとしての第2開口部を形成する工程と、
(b)前記第1開口部上にバンプ電極を形成すると共に、前記第2開口部上にダミーバンプ電極を形成する工程とを備え、
前記工程(a)における前記バンプ電極のパターンと前記第1開口部との位置合わせは、前記ダミーバンプ電極のパターンと前記第2開口部との位置合わせを行うことにより実行され、
前記第2開口部と前記ダミーバンプ電極のパターンとのマージンは、前記第1開口部と前記バンプ電極のパターンとのマージンよりも小さく、
前記ダミーバンプ電極は、平面視で前記バンプ電極とほぼ同じ形状および大きさである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項8に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記工程(a)において、前記第2開口部は、前記チップの外側であるダイシング領域に形成される
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項8に記載の半導体装置の製造方法であって、さらに、
(c)前記チップの外側であるダイシング領域に、アライメントマーク検出用マーク形成する工程を備える
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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