JP2005123271A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体製造工程の前工程において処理されたチップと基板との接着強度および基板接着後のチップの特性を均一化すると共に、基板への十分な接着強度を得ることができる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 集積回路が形成された半導体基板１上にポスト電極２を形成する。続いて、ポスト電極２および半導体基板１の表面を覆うようにエポキシ樹脂などの樹脂３を塗布する。続いて、樹脂３の表面をバックグラインド装置などを用いた機械的なグラインドにより研磨し、ポスト電極２の頭頂部を表面に露出させる。続いて、Ｈ_２ＳＯ_４等の薬液を用いて樹脂３をエッチングしてポスト電極２の側壁を露出させ、露出した部分にメッキ４を付着させる。ウェハをダイシングして個々のチップに分割し、パッケージ化された半導体装置を得る。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ＷＬ−ＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）における半導体装置の製造方法に関する。特に、半導体装置の基板への実装において、基板に対するチップの接着強度およびチップを基板に接着した際のチップの特性の改善を図った半導体装置の製造方法に関する。

半導体製造工程はウェハ上に集積回路（ＩＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を形成する前工程と、前工程において処理されたチップをパッケージ化する後工程とに大きく分かれる。この後工程の際に用いられる技術としてＷＬ−ＣＳＰがある。ＷＬ−ＣＳＰは、パッケージサイズがチップサイズと同じリアルチップサイズとなる、究極の小型化・薄型化・軽量化を実現する省スペースパッケージである。ＷＬ−ＣＳＰでは、前工程と後工程とにおいてウェハ状態で一括した処理を行うことができる。

図３は従来のＷＬ−ＣＳＰにおける半導体装置の製造方法として第１の方法を示している。図には各工程が断面図として図示されている。なお、半導体基板１上には前工程において予め集積回路が形成されているが、図３においては図示を省略している。半導体基板１上に感光性フィルムを塗布し、露光および現像を行い、選択的に開口部を形成する。そして、電解メッキにより開口部に銅を付着させた後、感光性フィルムを除去し、外部との電気的接続用のポスト電極２を形成する。

続いて、アルカリ金属イオンなどの可動イオン、水分（湿気）などからポスト電極２および半導体基板１を保護するために、ポスト電極２および半導体基板１の表面を覆うようにエポキシ樹脂などの樹脂３を塗布すると図３（ａ）で示される構造が形成される。Ｈ_２ＳＯ_４等の薬液を用いて樹脂３をエッチングしてポスト電極２の頭頂部を露出させると図３（ｂ）の構造が形成される。

続いて、チップを基板にハンダ付けした際に、ハンダの濡れ性を向上させ、ハンダとの付着強度を上げるために、露出したポスト電極２の頭頂部および側壁部にメッキ処理を行う。金およびニッケルなどの金属をポスト電極２に付着させると図３（ｃ）の構造が形成される。このとき、メッキはポスト電極２にのみ選択的に行われる。図示しないが、続いてウェハをダイシングして個々のチップに分割し、パッケージ化された半導体装置が完成する。各半導体装置は、例えばプリント基板上にハンダ付けされる。この方法においては、ポスト電極２の側壁にもメッキ処理が施されるので、チップを基板にハンダ付けした際に高い接着力が得られるという利点がある。

また、樹脂３のエッチングを行わない第２の方法がある。この方法においては、図３（ａ）と同様の構造を形成した後、樹脂３の表面をバックグラインド装置などを用いた機械的なグラインドにより研磨し、ポスト電極２の頭頂部を表面に露出させると共に、ポスト電極２の高さの均一化を行う。続いて、第１の方法と同様に、メッキ処理によりポスト電極２の頭頂部に金属を付着させ、ダイシングおよびハンダ付けを行う。

以上の製造方法によって作製される半導体装置は、小型化・薄型化が要求される電子機器用の半導体装置として利用価値が高い。その一例として、ダイオード・トランジスタ等のディスクリート半導体装置や半導体集積回路が挙げられる。例えば、図３の半導体基板１としてｐ型のＳｉ基板を用い、その表面に不純物注入を行い、ｎ型の領域を選択的に形成すると横型のｐｎ接合が形成される。そしてｐ型およびｎ型の領域上にそれぞれポスト電極を形成し、上述した方法によりパッケージングを行うとダイオードが完成する。

なお、特許文献１には、上述した第１の方法と同様に、半導体基板上にポスト電極を形成し、半導体基板およびポスト電極表面を絶縁膜で覆った後、絶縁膜をエッチングすることによりポスト電極を露出させる半導体装置の接続方法が記載されている。また、特許文献２には、上述した第２の方法と同様に、半導体基板上にポスト電極を形成し、半導体基板およびポスト電極をフッ素樹脂で覆った後、フッ素樹脂の表面を研磨することによりポスト電極を露出させる半導体装置の製造方法が記載されている。
特開平１０−３４０９２３号公報 特開昭５３−８３４６２号公報

しかし、上述した第１の方法においては、電解メッキ時に電界密度が高くなるウェハ周辺部でポスト電極が高く、ウェハの中心部で低くなる傾向があり、ポスト電極の高さは均一でない。そのため、チップをハンダ付けした場合、ポスト電極の高さによってチップの接着強度に差が生じるという問題点があった。また、チップがポスト電極の高さに応じた応力を受けるので、チップ（例えばＳｉなど）の抵抗等が応力に応じて変化し、チップの特性に差が生じると共に、歩留まりが安定しないという問題点があった。また、第２の方法においては、ポスト電極の高さを均一にすることはできるが、ポスト電極の頭頂部のみにメッキが行われるため、チップを基板にハンダ付けした際に、十分な接着強度を得ることができないという問題点があった。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、半導体装置と基板との接着強度および基板接着後のチップの特性を均一化すると共に、基板への十分な接着強度を得ることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、半導体基板上にポスト電極を形成する工程と、前記半導体基板および前記ポスト電極を保護する保護膜を前記半導体基板上に形成する工程と、前記ポスト電極が露出するまで前記保護膜を研磨する工程と、前記保護膜をエッチングして前記ポスト電極の側壁を露出させる工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記保護膜をエッチングして前記ポスト電極の側壁を露出させる工程の後に、前記ポスト電極の表面をメッキ処理する工程をさらに具備することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、前記保護膜をエッチングして前記ポスト電極の側壁を露出させる工程において、薬液を用いて前記保護膜をエッチングすることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、前記保護膜をエッチングして前記ポスト電極の側壁を露出させる工程において、プラズマを用いたドライエッチングにより前記保護膜をエッチングすることを特徴とする。

この発明によれば、半導体基板上にポスト電極および保護用の樹脂膜を形成し、樹脂膜をポスト電極が露出するまで研磨し、続いて保護膜をエッチングし、露出したポスト電極の表面にメッキ処理を施すようにしたので、ポスト電極の高さが均一となると共に、露出したポスト電極の側壁部にもメッキ処理が施される。したがって、半導体装置と基板との接着強度および基板接着後のチップの特性を均一化すると共に、基板への十分な接着強度を得ることができるという効果が得られる。

以下、図面を参照し、この発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、この発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を示す概略工程図である。図には各工程が断面図として図示されている。図において１はシリコンなどの半導体基板である。なお、半導体基板１上には半導体製造工程の前工程において予め集積回路が形成されているが、図１においては図示を省略している。半導体基板１上に感光性フィルムを塗布し、露光および現像を行い、選択的に開口部を形成する。なお、感光性フィルムの代わりにフォトレジストを用いてもよい。

続いて、電解メッキにより開口部に銅を付着させた後、感光性フィルムを除去し、外部との電気的接続用のポスト電極２を形成する。ポスト電極２の高さは例えば、１００μｍ程度である。そして、アルカリ金属イオンなどの可動イオン、水分（湿気）などからポスト電極２および半導体基板１を保護するために、ポスト電極２および半導体基板１の表面を覆うようにエポキシ樹脂などの樹脂３を塗布すると図１（ａ）で示される構造が形成される。なお、ポスト電極２として金、ニッケル、パラジウムなどの金属を用いてもよい。また、樹脂３としてポリイミド系の樹脂を用いてもよい。

樹脂３の塗布においては、半導体基板１上に液状樹脂を定量滴下し、スピンナ（回転数１０００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ）を用いて回転塗布を行う。塗布を行った後、ホットプレート上で８０℃で２時間かけて樹脂３をプレベークし、続いて１５０℃で３〜６時間ベークして樹脂３を硬化させる。なお、上述したスピンナの回転数、樹脂３のベーク時の温度・時間は一例であり、これに限定されない。なお、樹脂３の形成方法として、上述したスピンナの代わりに、ディスペンサや印刷技術などを用いてもよい。また、樹脂３のベークに関してはホットプレートの代わりにクリーンオーブンなどを用いてもよい。

続いて、樹脂３の表面をバックグラインド装置などを用いた機械的なグラインドにより研磨し、ポスト電極２の頭頂部を表面に露出させると図１（ｂ）で示される構造が形成される。なお、樹脂３の研磨としてＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置を用いた機械的・化学的な研磨を行ってもよい。

続いて、Ｈ_２ＳＯ_４等の薬液を用いて樹脂３をエッチングしてポスト電極２の側壁を露出させると図１（ｃ）の構造が形成される。ポスト電極２の露出した部分の高さは例えば、１０〜１５μｍである。続いて、チップを基板にハンダ付けした際に、ハンダの濡れ性を向上させ、ハンダとの付着強度を上げるために、露出したポスト電極２の頭頂部および側壁部にメッキ処理を行う。金およびニッケルなどの金属をポスト電極２に付着させると図１（ｄ）の構造が形成される。このとき、メッキはポスト電極２にのみ選択的に行われる。メッキ処理によってポスト電極２に付着する金属の厚さは例えば、１μｍ程度である。図示しないが、続いてウェハをダイシングして個々のチップに分割し、パッケージ化された半導体装置が完成する。各半導体装置は、例えばプリント基板上にハンダ付けされる。

図２は樹脂３がエポキシ樹脂である場合の薬液によるエッチングのエッチングレートを示している。希釈した硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４：Ｈ_２Ｏ＝１：１、温度１１０℃）を用いた場合には５μｍ／ｍｉｎのエッチングレートが得られ、濃硫酸（温度３２℃）を用いた場合には１２μｍ／ｍｉｎのエッチングレートが得られた。また、硫酸および過酸化水素の混合溶液（Ｈ_２ＳＯ_４：Ｈ_２Ｏ_２＝１：１、温度９０℃）を用いた場合には２０μｍ／ｍｉｎのエッチングレートが得られた。なお、エッチングに用いる薬液としては上記の他に塩酸を用いたり、アセトンやエタノールなどの有機溶媒を用いたり、アンモニア水および過酸化水素の混合溶液（アンモニア過水）などの塩基性溶液を用いたりしてもよい。

樹脂３として市販のエポキシ樹脂を用いた場合、発熱時の放熱を良くし、樹脂３の熱膨張率を半導体基板１と合わせるために、エポキシ樹脂中に粒状のシリカ（ＳｉＯ_２）が添加されている場合がある。この場合に、前述した硫酸等を用いて樹脂３のエッチングを行い、ある程度までエッチングが進むと、樹脂３表面に現れるシリカによってエッチングが阻止され、エッチングレートが低下するという現象がある。これを防ぐために、硫酸等を用いてある程度樹脂３のエッチングを行った後、樹脂３の表面を純水で洗浄し、続いて希フッ酸あるいはバッファードフッ酸に樹脂３を浸してシリカをエッチングすることにより、樹脂３表面のシリカを除去することができる。そして、硫酸等による樹脂３のエッチングと希フッ酸等によるシリカのエッチングを交互に行うことにより、樹脂３をエッチングすることができる。

なお、樹脂３のエッチングとしてプラズマによるドライエッチングを行ってもよい。プラズマとしては例えばＯ_２プラズマを用いることができる。樹脂３としてシリカを含むエポキシ樹脂を用い、樹脂３をドライエッチングによりエッチングした場合にも、ある程度までエッチングが進むと、樹脂３表面に現れたシリカによってエッチングレートが低下する。これを防ぐためには、上述した方法と同様に、ドライエッチングによりある程度樹脂３のエッチングを行った後、樹脂３の表面を純水で洗浄し、続いて希フッ酸あるいはバッファードフッ酸に樹脂３を浸してシリカをエッチングする。そして、樹脂３のドライエッチングと希フッ酸等によるシリカのエッチングを交互に行うことにより、樹脂３をエッチングすることができる。

なお、ポスト電極２の高さやポスト電極２の露出部分の高さ、メッキ４の厚さなどの値は一例であり、上述した値に限定されない。上述した製造方法により、前述したダイオード等の様々な半導体装置の製作が可能である。特に、パッケージサイズがチップサイズと同じであり、小型化・薄型化・軽量化に適しているので、小型電子機器に搭載する半導体装置を製作するのに好適である。

この発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を示す概略工程図である。 同実施形態における樹脂３のエッチングレートを示す図である。 従来の半導体装置の製造方法を示す概略工程図である。

符号の説明

１・・・半導体基板、２・・・ポスト電極、３・・・樹脂、４・・・メッキ。

Claims (4)

1. 半導体基板上にポスト電極を形成する工程と、
   前記半導体基板および前記ポスト電極を保護する保護膜を前記半導体基板上に形成する工程と、
   前記ポスト電極が露出するまで前記保護膜を研磨する工程と、
   前記保護膜をエッチングして前記ポスト電極の側壁を露出させる工程と、
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記保護膜をエッチングして前記ポスト電極の側壁を露出させる工程の後に、前記ポスト電極の表面をメッキ処理する工程をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記保護膜をエッチングして前記ポスト電極の側壁を露出させる工程において、薬液を用いて前記保護膜をエッチングすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記保護膜をエッチングして前記ポスト電極の側壁を露出させる工程において、プラズマを用いたドライエッチングにより前記保護膜をエッチングすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
   
   

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