JP5838040B2 - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、基板上に備えられた電極パッドとこれを覆う絶縁膜とを有する半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having an electrode pad provided on a substrate and an insulating film covering the electrode pad, and a semiconductor device.
一般に、ウェハレベルチップサイズパッケージ(WL−CSP)構造の半導体装置は、回路素子及び電極パッドが備えられた半導体ウェハ上に絶縁膜を形成し、絶縁膜に開口を形成し、開口を介して電極パッドに電気的に接続される再配線パターンを形成し、再配線パターンを覆うモールド樹脂を形成し、モールド樹脂に開口を形成し、再配線層に電気的に接続される半田バンプ等の外部接続端子を形成することによって、製造される。また、ウェハプロセス後であって絶縁膜形成前に、電極パッドにプロ−ビング装置のプロービング針(プローブピン)を接触させ、半導体ウェハの各チップ(半導体装置)が良品か不良品かの検査が行われる。 In general, in a semiconductor device having a wafer level chip size package (WL-CSP) structure, an insulating film is formed on a semiconductor wafer provided with circuit elements and electrode pads, an opening is formed in the insulating film, and an electrode is formed through the opening. Form a rewiring pattern that is electrically connected to the pad, form a mold resin that covers the rewiring pattern, form an opening in the mold resin, and external connections such as solder bumps that are electrically connected to the rewiring layer It is manufactured by forming a terminal. In addition, after the wafer process and before the formation of the insulating film, the probing needle (probe pin) of the probing device is brought into contact with the electrode pad to inspect whether each chip (semiconductor device) of the semiconductor wafer is good or defective. Done.
しかし、プロービング針を接触させることによって電極パッドの一部が削られ、電極パッドの表面に突起した部分を含むプロービング痕が発生することがある。プロ−ビング痕の突起した部分は、電極パッドを覆うように形成された絶縁膜上に突き出ることがあり、その場合には、絶縁膜上に突き出た部分が再配線パターンを断線させるなどの問題があった。 However, when the probing needle is brought into contact with the electrode pad, a part of the electrode pad is scraped, and a probing mark including a protruding portion on the surface of the electrode pad may be generated. The protruding part of the probing mark may protrude on the insulating film formed so as to cover the electrode pad, and in this case, the protruding part on the insulating film breaks the rewiring pattern. was there.
従来、このようなプロ−ビング痕に起因する問題に対して、種々の提案がある。例えば、特許文献1は、電極パッドのプロ−ビング痕を厚い絶縁膜によって被覆する方法を提案している。また、特許文献2は、電極パッドのプロ−ビング痕を再配線パターンで覆うことによって、プロ−ビング痕の突起した部分が封止樹脂に接しないようにする方法を提案している。また、特許文献3は、電極パッドのプロ−ビング痕の庇の下に感光性樹脂を設けると共に、プロ−ビング痕の上に複数層の電極膜を設ける方法を提案している。さらに、特許文献4は、電極パッド上の異物を除去する方法を提案している。
Conventionally, various proposals have been made for problems caused by such probing marks. For example,
しかし、特許文献1に示される方法では、絶縁膜の厚膜化によって半導体ウェハに生じる応力が増大するため、半導体ウェハに反りやクラックが発生し易くなるという問題がある。
However, the method disclosed in
特許文献2に示される方法では、プロービング痕の位置が一定でないため、再配線パターンで確実に覆うことができないことがあり、また、再配線パターンの厚さが不足する場合には、プロ−ビング痕の突起した部分が再配線パターンを断線させることがあるという問題がある。
In the method disclosed in
特許文献3に示される方法では、感光性樹脂層の形成、複数の電極膜の形成など、製造工程が非常に複雑になり、また、起伏のあるプロ−ビング痕の上に電極材料からなるポストを形成するので、電極パッドとその上の電極材料との良好な接続性を得難いという問題がある。
In the method disclosed in
特許文献4に示される方法では、基板及び電極パッドが露出した状態で電極パッド上の異物を研磨して除去するので、電極パッドや基板内の回路素子にダメージを与えやすいという問題がある。
In the method disclosed in
そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電極パッドの表面の突出部に起因する不具合が発生し難い半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device that are less likely to cause problems due to protrusions on the surface of the electrode pad. It is to provide.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、表面に突出部を有する電極パッドを備える基板上に、前記突出部の上部を露出させると共に前記突出部の下部を覆うように前記電極パッドを覆う第1の絶縁膜を形成する第1の絶縁膜形成工程と、前記第1の絶縁膜の表面から突起した前記突出部の前記上部を除去する除去処理工程と、前記除去処理工程後に、前記第1の絶縁膜上及び前記突出部の前記下部の頂部上に第2の絶縁膜を形成する第2の絶縁膜形成工程とを有することを特徴としている。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, on a substrate having an electrode pad having protrusions on the surface, the covering the electrode pad so as to cover the lower portion of the protruding portion to expose the upper portion of the projecting portion a first insulating film forming step of forming a first insulating film, said first insulating said you remove the top of the protrusion removal processing step projecting from the surface of the film, after it said removing step, the first And a second insulating film forming step of forming a second insulating film on the first insulating film and on the top of the lower portion of the projecting portion .
本発明に係る半導体装置は、基板と、前記基板上に備えられ、表面に突出部を有する電極パッドと、前記基板上に、前記突出部の頂部を露出させると共に前記突出部の側面を被覆するように前記電極パッドの表面を被覆する第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜と前記突出部の頂部とを被覆する第2の絶縁膜とを有することを特徴としている。 A semiconductor device according to the present invention includes a substrate, an electrode pad provided on the substrate and having a protrusion on the surface, and the top of the protrusion is exposed and covers the side surface of the protrusion on the substrate. It is characterized by having as a first insulating film covering the surface of the electrode pad, and a second insulating film covering a top portion of the front Symbol the protruding portion and the first insulating film.
本発明に係る半導体装置の製造方法及び半導体装置によれば、半導体装置の電極パッドの表面の突出部に起因する不具合が発生し難いので、不良品の発生率を低下させることができるという効果がある。 According to the method for manufacturing a semiconductor device and the semiconductor device according to the present invention, it is difficult for a defect due to the protruding portion on the surface of the electrode pad of the semiconductor device to occur. is there.
図1乃至図7は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の第1工程から第7工程までを概略的に示す縦断面図である。なお、図1乃至図7には、半導体ウェハの一部の縦断面が示されている。 1 to 7 are longitudinal sectional views schematically showing from the first step to the seventh step of the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present invention. 1 to 7 show a longitudinal section of a part of the semiconductor wafer.
実施の形態に係る半導体装置の製造方法においては、図1に示されるように、先ず、基板の一例としての半導体ウェハ1上に電極パッド2とパッシベーション膜(PV膜)3とを形成する。半導体ウェハ1は、内部にトランジスタ、コンデンサ、抵抗素子などの回路素子及び配線を含む集積回路を有している。半導体ウェハ1としては、シリコンウェハ又はガリウムヒ素ウェハなどを用いることができる。電極パッド2は、半導体ウェハ1内の集積回路に電気的に接続されており、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、Al−Si系合金、Al−Si−Cu系合金などから構成される。電極パッド2は、例えば、メッキ法や蒸着法により形成することができる。PV膜3は、例えば、シリコン窒化膜などであり、半導体ウェハ1に機械的損傷、化学的損傷、電気的損傷などを与え難くしている。PV膜3は、例えば、蒸着法により形成することができる。図1に示される第1工程においては、電極パッド2は、PV膜3の開口から、表面(上面)を露出させている。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment, as shown in FIG. 1, first, an
次に、図2に示されるように、検査装置としてのプロ−ビング装置のプロービング針(プローブピン)101を電極パッド2に接触させ、半導体ウェハ1内の集積回路が良品であるか不良品であるかのテスト(例えば、動作確認)を行い、その後、電極パッド2からプロービング針101を離す。この工程を、プロ−ビング工程又は検査工程と言う。プロ−ビング針101は、例えば、タングステン(W)から構成される。このときのプロ−ビング針101の接触により、プロ−ビング針101よりも柔らかい材料で形成されている電極パッド2の表面に、突出部を含むプロ−ビング痕(プローブ痕)21が形成される。プロ−ビング痕21の形状及び大きさは、色々あるが、例えば、図2に示されるように、突起した部分22を有するプロ−ビング痕21が形成されることがある。
Next, as shown in FIG. 2, a probing needle (probe pin) 101 of a probing apparatus as an inspection apparatus is brought into contact with the
次に、図3に示されるように、プロービング痕21が存在する電極パッド2を備える基板1上に、電極パッド2の少なくとも一部を覆う第1の絶縁膜4を形成する。図3においては、第1の絶縁膜4は、プロ−ビング痕21の突起した部分22以外の部分を覆っている。第1の絶縁膜4の材料としては、例えば、ポリイミドを用いることができる。また、第1の絶縁膜4の材料として、ポリベンゾオキサゾール(PBO)などの他の絶縁材料を用いることもできる。第1の絶縁膜4の膜厚は、最終的な絶縁膜(ここでは、第1の絶縁膜4と第2の絶縁膜5の膜厚の合計)の、3分の1から2の膜厚分の1程度の厚さとし、通常は2〜20[μm]であり、図3に示されるように、プロ−ビング痕21の突起した部分22が露出していてもよい。なお、第1の絶縁層4を、複数の積層する絶縁層から構成してもよい。
Next, as shown in FIG. 3, the first
次に、図4に示されるように、プロービング痕21の内の、第1の絶縁膜4よりも上に突き出た部分22を除去することができる除去処理工程を行う。除去処理工程としては、突き出た部分22をエッチングにより除去する工程、又は、研磨装置102によって突き出た部分22を機械的に研磨して除去する工程を採用することができる。除去処理工程をエッチング処理によって行う場合には、第1の絶縁膜4に対するダメージが少ないという利点がある。また、除去処理工程を研磨処理によって行う場合には、第1の絶縁膜4に対するダメージが多くなるが、突き出た部分22の除去を迅速に行うことができる。
Next, as shown in FIG. 4, a removal process step is performed that can remove the
次に、図5に示されるように、第1の絶縁膜4と除去処理工程を受けた後の電極パッド2のプロービング痕21の存在する部分の上面に、第2の絶縁膜5を形成する。第2の絶縁膜5の材料としては、例えば、ポリイミドなどを用いることができる。また、第2の絶縁膜5の材料として、PBOなどの他の絶縁材料を用いることもできる。第2の絶縁膜5は、第1の絶縁膜4と同じ材料で形成することができる。第1及び第2の絶縁膜3,4が熱硬化性樹脂である場合には、この段階でキュア炉にてキュア処理を行う。第1及び第2の絶縁膜3,4の設定膜厚は、キュア処理後の値になるように調整する。また、第2の絶縁層6の上に、1又は複数層の他の絶縁層を形成することもできる。
Next, as shown in FIG. 5, the second
次に、図6に示されるように、第2の絶縁膜形成工程の後に、第2の絶縁膜5及び第1の絶縁膜4を貫通し、電極パッド2の上面に達する開口51を形成する。開口51は、例えば、フォトリソグラフィ技術を用いて形成することができる。次に、開口51を介して電極パッド2に電気的に接続する再配線層(再配線パターン)6を形成する。再配線層6は、例えば、Cu又はCuを主成分とする合金などから、例えば、メッキ法などにより構成することができる。なお、開口51の形成を、図4に示される突き出た部分23の除去処理工程の後に第1の絶縁膜4に第1の開口を設ける工程と、図5に示される第2の絶縁膜5の形成後に第2の絶縁膜5に第1の開口に繋がる第2の開口を形成する2工程とによって、行ってもよい。図6に示されるように、開口51の形成を1工程で行う場合には、製造工程の数を減らすことができ、また、開口の形成を複数工程で行う場合に生じることがある、位置ズレの可能性が無くなるという利点がある。
Next, as shown in FIG. 6, after the second insulating film formation step, an
次に、図7に示されるように、再配線層6を、一部(符号71)を露出するように、覆う封止層としてのモールド樹脂層7を形成し、再配線層6に電気的に接続された柱状電極8と、この柱状電極8上に形成された外部接続電極としての半田ボール9とを形成する。
Next, as shown in FIG. 7, a
以上に説明した本実施の形態に係る半導体装置の製造方法及び半導体装置によれば、第1の絶縁膜4の形成後に、プロービング痕21の突起した部分22を除去するので、基板1内の集積回路(下地デバイス)にダメージを与えることなく、WL−CSP加工を行うことができる。このため、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法及び半導体装置によれば、電極パッド2のプロ−ビング痕21に起因する不良品の発生率を低下させることができる。
According to the manufacturing method and semiconductor device of the semiconductor device according to the present embodiment described above, the protruding
また、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法及び半導体装置によれば、絶縁膜を2層形成しており、第2の絶縁膜5上に突起した部分が無く、2層の絶縁膜4,5の同じ位置に重なってピンホールが発生する可能性は低いため、絶縁膜8,9の全体を貫通するピンホールの発生は極めて少ないという利点がある。
In addition, according to the method of manufacturing a semiconductor device and the semiconductor device according to the present embodiment, two layers of insulating films are formed, and there are no protruding portions on the second
なお、上記説明では、突起した部分(突出部)22がプロ−ビング痕である場合を説明したが、本発明は、突起した部分(突出部)22がプロ−ビング以外の原因によって発生した場合にも適用可能である。 In the above description, the case where the protruding portion (projecting portion) 22 is a probing mark has been described. However, in the present invention, the protruding portion (projecting portion) 22 is caused by a cause other than probing. It is also applicable to.
図8は、第1比較例の半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す縦断面図である。図8において、図6(実施の形態)の半導体装置の構成と同一又は対応する部分には、同じ符号を付す。第1比較例は、プロービング痕21の突起した部分の除去処理工程を行わないときに、再配線層206を断線させた状況を示している。既に説明したように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法及び半導体装置によれば、プロービング痕21の第1の絶縁膜4よりも突き出た部分22を除去しているので、図8のプロービング痕21によって、再配線層6が断線することは無い。
FIG. 8 is a longitudinal sectional view schematically showing one step of the method for manufacturing the semiconductor device of the first comparative example. In FIG. 8, parts that are the same as or correspond to those in the configuration of the semiconductor device in FIG. The first comparative example shows a situation where the
図9は、第2比較例の半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す縦断面図である。図9において、図6(実施の形態)の半導体装置の構成と同一又は対応する部分には、同じ符号を付す。第2比較例は、プロービング痕21の突起した部分の全体を膜厚Bの厚い絶縁層304で覆い、その上に再配線層306を形成する場合を示している。しかし、この場合には、絶縁膜304の厚膜化によって基板1としての半導体ウェハに生じる応力が増大するため、半導体ウェハに反りやクラックが発生し易くなるという問題がある。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法及び半導体装置によれば、プロービング痕21の第1の絶縁膜4よりも突き出た部分22を除去しているので、第1の絶縁膜4と第2の絶縁膜5との合計の厚さ(図7の膜厚A)を薄くすることができるので、半導体ウェハに反りやクラックが発生し難い。
FIG. 9 is a longitudinal sectional view schematically showing one step of the method for manufacturing the semiconductor device of the second comparative example. 9, parts that are the same as or correspond to those in the semiconductor device in FIG. 6 (the embodiment) are denoted by the same reference numerals. The second comparative example shows a case where the entire protruding portion of the probing
図10は、第3比較例の半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す縦断面図である。図10において、図6(実施の形態)の半導体装置の構成と同一又は対応する部分には、同じ符号を付す。第3比較例は、電極パッド2のプロ−ビング痕21の突起した部分を絶縁層404の開口405内に置き、突起した部分を再配線層406で覆うことによって、突起した部分が封止樹脂に接しないようにする方法を提案している。しかし、半導体ウェハ上に多数配置された電極パッド2の各プロービング痕の突起した部分の位置は一定でないため、これらを再配線パターンで確実に覆うことは、困難である。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法及び半導体装置によれば、プロービング痕21の第1の絶縁膜4よりも突き出た部分22を除去しているので、プロ−ビング痕21の突起した部分を絶縁層404の開口405内に置き、突起した部分を再配線層406で覆うという困難な処理工程を必要としていないので、製造プロセスが複雑にならない利点がある。
FIG. 10 is a longitudinal sectional view schematically showing one step of the method for manufacturing the semiconductor device of the third comparative example. 10, parts that are the same as or correspond to those in the semiconductor device in FIG. 6 (embodiment) are denoted by the same reference numerals. In the third comparative example, the protruding portion of the probing
1 半導体ウェハ、 2 電極パッド、 3 パッシベーション膜(PV膜)、 4 第1の絶縁膜、 5 第2の絶縁膜、 6 再配線層(再配線パターン)、 7 モールド樹脂(封止層)、 8 柱状電極、 9 半田ボール、 21 プロ−ビング痕(プローブ痕)、 22 突起した部分、 23 第1の絶縁膜よりも上に突き出た部分、 71 開口、 101 プロービング針(プローブピン)。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記第1の絶縁膜の表面から突起した前記突出部の前記上部を除去する除去処理工程と、
前記除去処理工程後に、前記第1の絶縁膜上及び前記突出部の前記下部の頂部上に第2の絶縁膜を形成する第2の絶縁膜形成工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 On a substrate having an electrode pad having protrusions on the surface, a first insulation forming a first insulating film covering the electrode pad so as to cover the lower portion of the protruding portion to expose the upper portion of the projecting portion A film forming step;
And removing process remove the upper portion of the protruding portion that protrudes from the surface of the first insulating film,
And a second insulating film forming step of forming a second insulating film on the first insulating film and on the top of the lower portion of the protruding portion after the removing process. Production method.
ことを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 Pre Symbol removing treatment step, a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a step of removing the upper portion of the protruding portion by etching.
ことを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 Pre Symbol removing treatment step, a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a step of removing by polishing the upper portion of the protrusion.
前記開口部を介して前記電極パッドに電気的に接続する再配線層を形成する工程と
をさらに有することを特徴とする請求項1から5までのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 After the second insulating film formation step, said step of first insulating films and to penetrate the second insulating film to form an opening exposing a portion of the electrode pad,
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, characterized by further comprising the step of forming the rewiring layer electrically connected to the electrode pad through the opening .
前記第2の絶縁膜形成工程後に、前記第2の絶縁膜を貫通し、前記第1の開口部に繋がる第2の開口部を形成する工程と、
前記第2の開口部及び前記第1の開口部を介して前記電極パッドに電気的に接続する再配線層を形成する工程と
をさらに有することを特徴とする請求項1から5までのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 In between the first insulating film forming step and the second insulating film formation step, through said first insulating film, forming a first opening exposing a portion of the electrode pad When,
After the second insulating film formation step, a step of penetrating the second insulating film, forming a second opening leading to the first opening,
Either to claims 1 to 5 further comprising the step of forming the rewiring layer electrically connected to the electrode pad through the second opening and the first opening 2. A method for manufacturing a semiconductor device according to item 1.
前記再配線層に電気的に接続され、前記封止層上に備えられた電極部を形成する工程と
をさらに有することを特徴とする請求項6又は7に記載の半導体装置の製造方法。 Forming a sealing layer covering the rewiring layer;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, further comprising: forming an electrode portion electrically connected to the redistribution layer and provided on the sealing layer.
前記基板上に備えられ、表面に突出部を有する電極パッドと、
前記基板上に、前記突出部の頂部を露出させると共に前記突出部の側面を被覆するように前記電極パッドの表面を被覆する第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜と前記突出部の頂部とを被覆する第2の絶縁膜と
を有することを特徴とする半導体装置。 A substrate,
An electrode pad provided on the substrate and having a protrusion on the surface;
On the substrate, a first insulating film that covers a surface of the electrode pad so as to expose a top portion of the protrusion and to cover a side surface of the protrusion ,
Before Symbol wherein a and a second insulating film covering a top portion of the projecting portion and the first insulating film.
ことを特徴とする請求項9又は10に記載の半導体装置。 The projecting portion of the electrode pads, the semiconductor device according to claim 9 or 10, characterized in that no higher than said surface portion of the first insulating film.
前記開口部を介して前記電極パッドに電気的に接続する再配線層と
をさらに有することを特徴とする請求項9から11までのいずれか1項に記載の半導体装置。 Through the first insulating film and said second insulating film, an opening reaching the electrode pad,
The semiconductor device according to any one of up to 11 from claim 9, further comprising a rewiring layer to be electrically connected to the electrode pad through the opening.
前記再配線層に電気的に接続され、前記封止層上に備えられた電極部と
をさらに有することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。 A sealing layer covering the rewiring layer;
The semiconductor device according to claim 12 , further comprising: an electrode part electrically connected to the redistribution layer and provided on the sealing layer.
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