(57)【要約】【課題】ポストの先端面上に配置される外部接続端子に封止樹脂層の表面とポストが配置される貫通孔の内面とがなす角部が当接しない、半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体チップ２のパッシベーション膜３上に、半導体チップ２の表面と平行な断面形状がほぼ一定である柱状のポスト８が形成される。次に、パッシベーション膜３上に、封止樹脂層７がポスト８の高さよりも大きい厚さを有するように形成される。次いで、ポスト８の先端面が封止樹脂層７から露出するまで、封止樹脂層７の表面が研削される。このとき、番手が相対的に小さい砥石が用いられる。その後、番手が相対的に大きい砥石３３を用いて、ポスト８の先端面８Ａが封止樹脂層７の形成前のポスト８の断面形状と同形状になるまで、封止樹脂層７およびポスト８が研削される。【選択図】図３Ｄ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップ上に、前記半導体チップの表面と平行な断面形状がほぼ一定である柱状のポストを形成するポスト形成工程と、
前記半導体チップ上に、前記ポストを埋没させるように封止樹脂層を形成する封止樹脂層形成工程と、
第１砥石を用いて、少なくとも前記ポストの先端面が前記封止樹脂層から露出するまで、前記封止樹脂層を研削する第１研削工程と、
前記第１研削工程後、前記第１砥石よりも番手が大きい第２砥石を用いて、前記ポストの先端面が一定の前記断面形状と同形状になるまで、前記封止樹脂層および前記ポストを研削する第２研削工程とを含む、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２砥石は、番手が♯１２００〜３０００の砥石である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体チップと、
前記半導体チップ上に積層された封止樹脂層と、
前記封止樹脂層を厚さ方向に貫通し、前記半導体チップの表面と平行な断面形状がほぼ一定である貫通孔内に設けられており、前記封止樹脂層の表面と面一をなし、前記貫通孔の前記断面形状と同形状の先端面を有する柱状のポストとを含む、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＷＬＣＳＰ（Wafer Level Chip Size Package：ウエハレベルチップサイズパッケージ）が適用された半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の実装密度の向上に有効なパッケージ技術として、ＷＬＣＳＰが知られている。ＷＬＣＳＰが適用された半導体装置では、複数のチップが集合したウエハ状態でパッケージング工程が完了され、ダイシングによって切り出された個々のチップのサイズがパッケージサイズとなる。
図４は、ＷＬＣＳＰが適用された半導体装置の模式的な断面図である。
【０００３】
従来の半導体装置１０１は、半導体チップ１０２を備えている。半導体チップ１０２の最表面のパッシベーション膜１０３上には、再配線１０４が形成されている。また、パッシベーション膜１０３上には、封止樹脂層１０５が積層されている。パッシベーション膜１０３の表面全域および再配線１０４は、封止樹脂層１０５により覆われている。封止樹脂層１０５には、再配線１０４と対向する部分に、貫通孔１０６が厚さ方向に貫通して形成されている。貫通孔１０６内には、ポスト１０７が設けられている。ポスト１０７の先端面上には、半田ボール１０８が配置されている。
【０００４】
パッシベーション膜１０３には、内部配線の一部を電極パッド１０９として露出させるためのパッド開口１１０が形成されている。再配線１０４は、パッド開口１１０に入り込み、電極パッド１０９に接続されている。これにより、半田ボール１０８と電極パッド１０９とは、再配線１０４およびポスト１０７を介して電気的に接続されている。
半導体装置１０１は、半田ボール１０８が実装基板上のパッドに接続されることにより、実装基板への実装が達成される。すなわち、半田ボール１０８が実装基板上のパッドに接続されることにより、半導体装置１０１が実装基板上に支持され、実装基板と半導体チップ１０２とが半田ボール１０８、ポスト１０７、再配線１０４および電極パッド１０９を介して電気的に接続される。
【０００５】
半導体装置１０１の製造工程では、複数の半導体チップの集合体である半導体ウエハが用意される。まず、半導体ウエハの表面を被覆しているパッシベーション膜１０３上に、再配線１０４が形成される。次に、めっきなどの手法により、再配線１０４上に、ポスト１０７が形成される。その後、パッシベーション膜１０３上に、封止樹脂層１０５の材料である液状のエポキシ樹脂がポスト１０７を埋没させるように供給される。エポキシ樹脂の硬化後、エポキシ樹脂の表面がグラインダの砥石により研削されて、ポスト１０７の先端面がエポキシ樹脂から露出される。その後、ポスト１０７の先端面上に、半田ボール１０８が接合される。そして、各半導体チップ間に設定されたダイシングラインに沿って、半導体ウエハがパッシベーション膜１０３および封止樹脂層１０５とともに切断（ダイシング）されることにより、半導体装置１０１が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２９８１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エポキシ樹脂の研削は、ポスト１０７の先端面がエポキシ樹脂から完全に露出するまで続けられる。そのため、研削後のポスト１０７の先端面には、研削による傷がついている。ポスト１０７の先端面に傷がついていると、ポスト１０７と半田ボール１０８との接合不良を生じるおそれがあるので、半田ボール１０８の接合に先立ち、ポスト１０７の先端面がウエットエッチングされる。
【０００８】
このウエットエッチングにより、ポスト１０７の先端面１０７Ａは、封止樹脂層１０５の表面１０５Ａよりも一段低くなる。そのため、ポスト１０７の先端面１０７Ａ上に配置される半田ボール１０８の基端部には、封止樹脂層１０５の表面１０５Ａと貫通孔１０６の内面とにより形成される角部が当接する。角部が半田ボール１０８に当接していると、半導体チップ１０２や実装基板に熱膨張／収縮が生じたときなどに、その角部と半田ボール１０８との当接部分に応力が集中し、その応力によって、半田ボール１０８にクラックが入るなどの損傷を生じるおそれがある。
【０００９】
本発明の目的は、ポストの先端面上に配置される外部接続端子に封止樹脂層の表面とポストが配置される貫通孔の内面とがなす角部が当接しない、半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するための請求項１記載の半導体装置の製造方法は、半導体チップ上に、前記半導体チップの表面と平行な断面形状がほぼ一定である柱状のポストを形成するポスト形成工程と、前記半導体チップ上に、前記ポストを埋没させるように封止樹脂層を形成する封止樹脂層形成工程と、第１砥石を用いて、少なくとも前記ポストの先端面が前記封止樹脂層から露出するまで、前記封止樹脂層を研削する第１研削工程と、前記第１研削工程後、前記第１砥石よりも番手が大きい第２砥石を用いて、前記ポストの先端面が一定の前記断面形状と同形状になるまで、前記封止樹脂層および前記ポストを研削する第２研削工程とを含む。
【００１１】
この製造方法では、半導体チップ上に、半導体チップの表面と平行な断面形状がほぼ一定である柱状のポストが形成される。次いで、半導体チップ上に、封止樹脂層がポストの高さよりも大きい厚さを有するように形成される。これにより、ポストは、封止樹脂層に埋没する。
次に、少なくともポストの先端面が封止樹脂層から露出するまで、封止樹脂層の表面が研削される。このとき、第１砥石として、番手が相対的に小さい（目が相対的に粗い）砥石が用いられる。そのため、ポストの先端面が露出するまでの時間（第１研削工程の時間）が長時間となるのを防止することができる。
【００１２】
その後、第１砥石よりも番手が大きい第２砥石を用いて、ポストの先端面が封止樹脂層の形成前のポストの断面形状と同形状になるまで、封止樹脂層およびポストが研削される。これにより、第１砥石を用いた研削時にポストの先端面についた傷を消して、ポストの先端面を平滑にすることができる。よって、ポストの先端面上に、金属ボールなどの外部接続端子を良好に接合させることができる。
【００１３】
また、第２砥石を用いた研削では、ポストの先端面と封止樹脂層の表面とが面一をなす状態が維持される。そのため、ウエットエッチングと異なり、ポストの先端面が封止樹脂層の表面よりも一段低くなることがない。よって、ポストの先端面上に配置される外部接続端子に、封止樹脂層の表面とポストが配置される貫通孔の内面とがなす角部が当接することがない。その結果、封止樹脂層から受ける力による外部接続端子の損傷を防止することができる。
【００１４】
請求項２に記載のように、前記第２砥石は、番手が♯１２００〜３０００の砥石であることが好ましい。このような高番手の砥石を第２砥石として用いることにより、ポストの先端面を確実に平滑面にすることができる。
請求項３記載の半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップ上に積層された封止樹脂層と、前記封止樹脂層を厚さ方向に貫通し、前記半導体チップの表面と平行な断面形状がほぼ一定である貫通孔内に設けられており、前記封止樹脂層の表面と面一をなし、前記貫通孔の前記断面形状と同形状の先端面を有する柱状のポストとを備えている。
【００１５】
この半導体装置では、半導体チップ上に積層された封止樹脂層には、半導体チップの表面と平行な断面形状がほぼ一定である貫通孔が厚さ方向に貫通して形成されている。貫通孔内には、ポストが設けられている。ポストの先端面は、貫通孔の断面形状と同形状を有し、封止樹脂層の表面と面一をなしている。したがって、ポストの先端面上に配置される外部接続端子に、封止樹脂層の表面とポストが配置される貫通孔の内面とがなす角部が当接することがない。その結果、封止樹脂層から受ける力による外部接続端子の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。
【図２】図２は、図１に示すポストの近傍の模式的な平面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図１に示す半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、図３Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図４】図４は、従来の半導体装置の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図２は、図１に示すポストの近傍の模式的な平面図である。
半導体装置１は、ＷＬＣＳＰが適用された半導体装置であり、半導体チップ２を備えている。半導体チップ２は、たとえば、シリコンチップであり、平面視略矩形状に形成されている。
【００１８】
半導体チップ２の最表面には、パッシベーション膜（表面保護膜）３が形成されている。パッシベーション膜３は、たとえば、酸化シリコンまたは窒化シリコンからなる。このパッシベーション膜３には、半導体チップ２に作り込まれた素子（図示せず）と電気的に接続された内部配線の一部を電極パッド４として露出させるための複数のパッド開口５が形成されている。
【００１９】
パッシベーション膜３上には、複数の再配線６が形成されている。再配線６は、たとえば、アルミニウムなどの金属材料からなる。各再配線６は、電極パッド４からパッド開口５を介してパッシベーション膜３上に引き出され、パッシベーション膜３の表面に沿って延びている。
また、パッシベーション膜３上には、封止樹脂層７が積層されている。封止樹脂層７は、たとえば、エポキシ樹脂からなる。封止樹脂層７は、パッシベーション膜３および再配線６の表面を覆い、半導体装置１（半導体チップ２）の表面側を封止している。そして、封止樹脂層７は、表面が平坦面に形成されるとともに、その側面が半導体チップ２の側面と面一に形成されている。これにより、半導体装置１は、平面視において、半導体チップ２のサイズと等しい外形サイズ（パッケージサイズ）を有している。
【００２０】
各再配線６上には、ポスト８が封止樹脂層７を貫通して設けられている。言い換えれば、封止樹脂層７における再配線６と対向する部分には、貫通孔９が厚さ方向に貫通して形成され、貫通孔９内には、ポスト８が貫通孔９を埋め尽くすように設けられている。ポスト８は、たとえば、銅からなる。また、ポスト８は、直径が２００〜２５０μｍであり、高さが４０〜１５０μｍである扁平な円柱状に形成されている。ポスト８の先端面８Ａは、封止樹脂層７の表面７Ａと面一をなしている。また、ポスト８の先端面８Ａは、図２に示すように、平面視において、貫通孔９を半導体チップ２の表面と平行に切断したときの断面形状と同形状をなしている。
【００２１】
各ポスト８の先端面８Ａ上には、外部接続端子としての金属ボール１０が接合されている。金属ボール１０は、たとえば、半田からなる。金属ボール１０は、電極パッド４、再配線６およびポスト８を介して、半導体チップ２に作り込まれた素子と電気的に接続されている。
半導体装置１は、金属ボール１０が実装基板上のパッド（図示せず）に接続されることにより、実装基板への実装が達成される。すなわち、金属ボール１０が実装基板上のパッドに接続されることにより、半導体装置１が実装基板上に支持され、実装基板と半導体チップ２とが電極パッド４、再配線６、ポスト８および金属ボール１０を介して電気的に接続される。
【００２２】
図３Ａ〜３Ｄは、図１に示す半導体装置の各製造工程における模式的な断面図である。
半導体装置１の製造は、半導体チップ２が個片に切り分けられる前のウエハの状態で進められる。半導体チップ２（ウエハ）の表面には、パッシベーション膜３が形成されている。
まず、図３Ａに示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、パッシベーション膜３に、複数のパッド開口５が形成される。
【００２３】
次に、パッシベーション膜３および各パッド開口５から露出する電極パッド４上に、再配線６の材料からなるめっき層が形成され、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、そのめっき層が複数の再配線６にパターニングされる。
その後、各再配線６上に、半導体チップ２の表面と平行な断面形状がほぼ一定である柱状のポスト８が形成される。ポスト８は、たとえば、パッシベーション膜３および再配線６上に、ポスト８が形成される部分に対応する開口を有するマスクを形成した後、そのマスクの開口内に、ポスト８の材料である銅をめっき成長させ、その後、マスクを除去することによって形成することができる。また、ポスト８は、パッシベーション膜３および再配線６上に、めっき法により、銅膜（図示せず）を形成し、その後、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、銅膜を選択的に除去することによって形成することもできる。
【００２４】
次いで、図３Ｂに示すように、パッシベーション膜３上に、封止樹脂層７の材料である液状の樹脂（たとえば、エポキシ樹脂）が供給される。液状の樹脂は、ポスト８を埋没させるような高さ、たとえば、ポスト８の先端面上に２００μｍの厚さを有する高さにまで供給される。そして、樹脂を硬化させるための処理が行われることにより、パッシベーション膜３上に、封止樹脂層７が形成される。
【００２５】
その後、グラインダの砥石３１により、封止樹脂層７の表面が研削される。このとき、砥石３１として、♯３００の番手の砥石が用いられる。砥石３１を用いた封止樹脂層７の研削は、たとえば、ポスト８の先端面が封止樹脂層７から露出するまで続けられる。
砥石３１を用いた研削後は、図３Ｃに示すように、グラインダの砥石３２により、封止樹脂層７およびポスト８が研削される。砥石３２としては、たとえば、♯６００〜８００の番手の砥石が用いられる。砥石３２を用いた研削は、たとえば、封止樹脂層７とともにポスト８が１０〜３０μｍだけ研削されるまで続けられる。
【００２６】
その後、図３Ｄに示すように、グラインダの砥石３３により、封止樹脂層７およびポスト８がさらに研削される。砥石３３としては、♯１２００〜３０００の番手の砥石が用いられる。砥石３３を用いた研削は、たとえば、封止樹脂層７とともにポスト８が１０〜２０μｍだけ研削されるまで続けられる。この研削の結果、封止樹脂層７の断面形状（封止樹脂層７の形成前のポスト８の断面形状）と同形状で封止樹脂層７の表面７Ａと面一をなす、ポスト８の先端面８Ａが得られる。言い換えれば、砥石３３を用いた研削は、ポスト８の先端面８Ａが封止樹脂層７の形成前のポスト８の断面形状と同形状になるまで続けられる。
【００２７】
砥石３３を用いた研削の終了後は、ポスト８の先端面８Ａ上に、金属ボール１０が配置される。そして、各半導体チップ２間に設定されたダイシングラインに沿って、半導体ウエハがパッシベーション膜３および封止樹脂層７とともに切断（ダイシング）されることにより、図１に示す半導体装置１が得られる。
以上のように、半導体装置１を製造するために、まず、半導体チップ２上に、半導体チップ２の表面と平行な断面形状がほぼ一定である柱状のポスト８が形成される。次に、半導体チップ２上に、封止樹脂層７がポスト８の高さよりも大きい厚さを有するように形成される。これにより、ポスト８は、封止樹脂層７に埋没する。
【００２８】
次いで、ポスト８の先端面が封止樹脂層７から露出するまで、封止樹脂層７の表面が研削される。このとき、砥石３１として、番手が相対的に小さい（目が相対的に粗い）砥石が用いられる。そのため、ポスト８の先端面が露出するまでの時間が長時間となるのを防止することができる。
その後、砥石３１よりも番手が大きい砥石３２を用いて、封止樹脂層７およびポスト８が研削される。その後さらに、砥石３２よりも番手が大きい砥石３３を用いて、ポスト８の先端面８Ａが封止樹脂層７の形成前のポスト８の断面形状と同形状になるまで、封止樹脂層７およびポスト８が研削される。これにより、砥石３１，３２を用いた研削時にポスト８の先端面８Ａについた傷を消して、ポスト８の先端面８Ａを平滑にすることができる。よって、ポスト８の先端面８Ａ上に、金属ボール１０を良好に接合させることができる。
【００２９】
また、砥石３１〜３３を用いた研削では、ポスト８の先端面８Ａと封止樹脂層７の表面７Ａとが面一をなす状態が維持される。そのため、ウエットエッチングと異なり、砥石３３を用いた研削後に、ポスト８の先端面８Ａが封止樹脂層７の表面７Ａよりも一段低くなることがない。よって、ポスト８の先端面８Ａ上に配置される金属ボール１０に、封止樹脂層７の表面７Ａとポスト８が配置される貫通孔９の内面とがなす角部が当接することがない。その結果、封止樹脂層７から受ける力による金属ボール１０の損傷を防止することができる。
【００３０】
本発明の一実施形態の説明は以上のとおりであるが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、砥石３２を用いて封止樹脂層７およびポスト８を研削する工程が省略されて、砥石３１を用いた封止樹脂層７の研削により、ポスト８の先端面が封止樹脂層７から露出した後、その研削に続いて、砥石３３を用いて封止樹脂層７およびポスト８を研削する工程が行われてもよい。
【００３１】
また、砥石３２を用いて封止樹脂層７およびポスト８を研削する工程が省略されて、ポスト８の先端面が封止樹脂層７から露出した後、封止樹脂層７とともにポスト８が４５〜７５μｍだけ研削されるまで、砥石３１を用いた封止樹脂層７およびポスト８の研削が続けられ、その後、砥石３３を用いて封止樹脂層７およびポスト８を研削する工程が行われてもよい。
【００３２】
また、パッシベーション膜３と再配線６との間に、ポリイミドなどの樹脂からなる応力緩和層が介在されてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１    半導体装置
２    半導体チップ
７    封止樹脂層
７Ａ  表面
８    ポスト
８Ａ  先端面
９    貫通孔
１０  金属ボール
【図１】
2010283109.tif 000003
【図２】
2010283109.tif 000004
【図３Ａ】
2010283109.tif 000005
【図３Ｂ】
2010283109.tif 000006
【図３Ｃ】
2010283109.tif 000007
【図３Ｄ】
2010283109.tif 000008
【図４】
2010283109.tif 000009