(57)【要約】      （修正有）【課題】チップサイズパッケージにおける応力を緩和させ、プリント基板上に実装した際の信頼性を高めたウェハレベルパッケージ及びその製造方法を提供する。【解決手段】電極部２又は電極部に接続した配線層の一方又は双方を有する半導体基板のウェハレベルパッケージであって、前記電極部上に2段以上の導電性ボール１４からなるバンプを有し、前記半導体基板上に前記バンプの最上段の高さに対して10〜97%の厚みまで熱硬化性又は感光性の一方又は双方の有機樹脂を主体とする絶縁層４１を有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極部又は電極部に接続した配線層の一方又は双方を有する半導体基板のウェハレベルパッケージであって、
前記電極部上に２段以上の導電性ボールからなるバンプを有し、前記半導体基板上に前記バンプの最上段の高さに対して１０〜９７％の厚みまで熱硬化性又は感光性の一方又は双方の有機樹脂を主体とする絶縁層を有してなることを特徴とするウェハレベルパッケージ。
【請求項２】
電極部又は電極部に接続した配線層の一方又は双方を有する半導体基板のウェハレベルパッケージであって、
前記電極部上に１段又は複数段の導電性ボールからなるバンプを有し、前記半導体基板上に前記バンプの最上段の高さに対して１０〜９７％の厚みまで熱硬化性又は感光性の一方又は双方の有機樹脂を主体とする絶縁層を有し、さらに、前記バンプの上部に導電性ボールからなる接続用バンプを形成してなるウェハレベルパッケージ。
【請求項３】
前記導電性ボールが、金属ボール又はコンポジットボールの一方又は双方である請求項１又は２に記載のウェハレベルパッケージ。
【請求項４】
前記金属ボールが、Sn、Sn-Pb系合金、Sn-Ag系合金、Sn-Bi系合金、Sn-Cu系合金、Sn-Ag-Cu系合金、Sn-Ag-Bi系合金、Sn-Zn系合金から選ばれる１種又は２種以上である請求項３記載のウェハレベルパッケージ。
【請求項５】
前記コンポジットボールが、Ni、Ni-P系合金、Ni-B系合金、Ni-P-B系合金、Fe-Ni系合金、Cu、Cu系合金、樹脂ビーズから選ばれる１種又は２種以上のコアボールの表面をSn又はSn系合金で被覆してなるボールである請求項３記載のウェハレベルパッケージ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のウェハレベルパッケージから得られる半導体装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置を有する電子機器。
【請求項８】
電極部又は電極部に接続した配線層の一方又は双方を有する半導体基板のウェハレベルパッケージの製造方法であって、
下記（ａ）及び（ｂ）の工程を所定回数繰り返すことを特徴とするウェハレベルパッケージの製造方法。
（ａ）前記電極部上に、導電性ボールを搭載後、リフロー又は熱圧着の一方又は双方をしてバンプを形成する。
（ｂ）前記半導体基板上に、熱硬化性又は感光性の一方又は双方の有機樹脂を主体とする絶縁層を前記バンプ高さの１０〜９０％の厚みとなるように塗布・硬化する。
【請求項９】
請求項８に記載の製造方法で得られたウェハレベルパッケージのバンプ上に、さらに導電性ボールを搭載して、リフローによりバンプを形成することを特徴とするウェハレベルパッケージの製造方法。
【請求項１０】
前記導電性ボールの搭載方法が、ウェハレベルでボールを一括又は部分搭載する方法であることを特徴とする請求項８又は９に記載のウェハレベルパッケージの製造方法。
【請求項１１】
配線基板の電極上に予め形成されたバンプと、請求項１〜５のいずれか１項に記載のウェハレベルパッケージからダイシングした半導体基板のバンプとを位置合わせして接合することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
配線基板の電極と、請求項１〜５のいずれか１項に記載のウェハレベルパッケージからダイシングした半導体基板のバンプとを位置合わせして接合することを特徴とする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、ウェハレベルパッケージ及びその製造方法に関し、その信頼性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者等が検討した技術として、半導体装置の製造技術に関し、ウェハレベルCSP(Chip Size Package)やWPP(Wafer Process Package)のバンプ構造に関して、以下のような技術がある。このウェハレベルCSPやWPPは、ウェハレベルで後工程と呼ばれる加工処理を行うウェハレベルパッケージング技術であり、チップとほぼ同じ外形寸法のLSIパッケージとして形成される。
【０００３】
従来、一般にBGA(Ball Grid Array)と呼ばれ、面上に配列された複数の半田ボールを持つ構造、ファインピッチBGAと呼ばれ、BGAのボールピッチをさらに狭ピッチにしてパッケージ外形がチップサイズに近くなった構造等が知られている。ウェハレベルCSPは基本的には、チップのダイシング前に配線やアレイ状のパッドをウェハプロセスで作りこむCSPである。この技術で、ウェハプロセスとパッケージプロセスとが一体となり、パッケージコストが大幅に低減される。例えば、非特許文献1、非特許文献2、特許文献1等に、この種の技術が記載されている。
【０００４】
ウェハレベルCSPには、封止樹脂型と再配線型とがあり、封止樹脂型は、従来のパッケージと同様に表面を封止樹脂で覆った構造で、配線層上にメタルポストを立て、その周囲を封止樹脂で固める構造である。パッケージをプリント基板に搭載すると、プリント基板との熱膨張差で発生した応力がメタルポストに集中するが、このメタルポストを長くすれば、応力が分散されることが知られている。
【０００５】
再配線型は図1に示す如く、封止樹脂を使用せず、再配線を形成する。チップ表面にAl電極、配線層、絶縁層を積層し、配線層上にメタルポストを形成し、半田バンプを形成する。配線層は、半田ボールをチップ上に配置するための再配線として用いられる。
【０００６】
封止樹脂型は信頼性が高いが、プロセスが複雑である。再配線型はプロセスは単純であり、殆どの工程がウェハプロセスで行える利点がある。しかし、これまでに使用されていない材料・構造やその組み合わせにより、発生する応力を緩和し、信頼性を高める必要がある。
【０００７】
【特許文献１】特開平10-79362号公報
【特許文献２】WO00/58788号公報
【非特許文献１】「日経マイクロデバイス」1998年8月号、44〜71頁
【非特許文献２】「日経マイクロデバイス」1998年4月号、164〜167頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図2は、チップサイズパッケージ8をプリント基板11に実装した場合の断面図を示している。半田ボール9は、プリント基板11の上に配線された銅電極10に圧着されることにより、電気的接続が行われる。しかし、プリント基板11とチップサイズパッケージ8との熱膨張差のため、半田ボール9とメタルポスト5の界面に大きなせん断応力が生じ、半田ボール9が破断し易かった。
【０００９】
本発明は、チップサイズパッケージにおける応力を緩和させ、プリント基板上に実装した際の信頼性を高めたウェハレベルパッケージ及びそ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】
【００１０】
本発明において開示される発明の概要を以下に説明する。
第1の発明のウェハレベルパッケージは、電極部又は電極部に接続した配線層の一方又は双方を有する半導体基板のウェハレベルパッケージであって、前記電極部上に2段以上の導電性ボールからなるバンプを有し、前記半導体基板上に前記バンプの最上段の高さに対して10〜97%の厚みまで熱硬化性又は感光性の一方又は双方の有機樹脂を主体とする絶縁層を有してなることを特徴としている。
【００１１】
かかる手段によれば、各導電性ボールの材質が、他の部分の構造や材質と釣合うように選定でき、せん断応力を緩和するのに相応しい構造と材料を選ぶことができる。樹脂を主体とする絶縁層としては、熱硬化性でも感光性でもどちらでもよい。絶縁層は、ボールバンプ形成後にチップまたはウェハ一括でバンプの頭が必要の高さに出るように形成する。最上段のバンプ高さの10%未満では、熱歪緩和や機械歪緩和の効果が無く、97%超では上に出た部分と接続すべき部材(ボールや電極)との接合強度が足りず、全体として熱歪緩和や機械歪緩和の効果が期待できなくなる。バンプ・樹脂・チップの構造等にも依存するが、好ましくは、最上段のバンプ高さの10〜90%、より好ましくは、最上段のバンプ高さの40〜80%が良い。ボールの材質は、導電性であれば、金属・合金・導電性ポリマーのいずれでも良い。また、これらの組み合わせ構造でも良い。必要に応じて材質を選ぶことができる。ボールバンプの大きさも必要に応じた設計が可能である。プロセスが、低コストであり、時間的にも早い。
【００１２】
第2の発明のウェハレベルパッケージは、電極部又は電極部に接続した配線層の一方又は双方を有する半導体基板のウェハレベルパッケージであって、前記電極部上に1段又は複数段の導電性ボールからなるバンプを有し、前記半導体基板上に前記バンプの最上段の高さに対して10〜97%の厚みまで熱硬化性又は感光性の一方又は双方の有機樹脂を主体とする絶縁層を有し、さらに、前記バンプの上部に導電性ボールからなる接続用バンプを形成してなることを特徴とする。
【００１３】
かかる発明によれば、より広い範囲でせん断応力を緩和するのに相応しい構造(バンプ高さや太さ)と材料(樹脂やボールの材質)を選ぶことができる。この場合の好ましい樹脂厚みも、第1の発明の樹脂厚みの規定と同じである。
【００１４】
第3の発明のウェハレベルパッケージは、第1及び第2の発明において、前記導電性ボールが、金属ボール又はコンポジットボールの一方又は双方であることを特徴としている。
バンプ形成に使用するボールの大きさと材質を変えることにより、必要なリフロー温度・耐熱特性・力学特性を設計することができる。金属、合金、樹脂を使用したコアを持つボール、又は、半田ボールが使用でき、バンプ形成が可能なものであればよい。金属としては、周期律表での全ての金属が対象であり、合金としてもこれから得られる全ての組み合わせの合金を使用できる。但し、バンプ作製条件や半田ボール接合時に変質して、導電性が劣化する等の使用に耐えないものは除かれる。複数段のボールでバンプを形成する場合には、単一の導電性ボールを積み重ねたり、異なる導電性ボールを積み重ねたりすることができる。ここで、異なる導電性ボールを積み重ねる場合、異なる金属ボールを積み重ねたり、金属ボールと合金ボール、異なる合金ボール同士、金属(合金)ボールとコンポジットボール、異なるコンポジットボール同士等、あらゆる組合せの導電性ボールを積み重ねることができる。また、導電性ボールの大きさを変えても良いことは言うまでもない。
【００１５】
第４の発明のウェハレベルパッケージは、第3の発明において、金属ボールとして、Sn、Sn-Pb系合金、Sn-Ag系合金、Sn-Bi系合金、Sn-Cu系合金、Sn-Ag-Cu系合金、Sn-Ag-Bi系合金、Sn-Zn系合金から選ばれる1種又は2種以上が使用できる。
【００１６】
第5の発明のウェハレベルパッケージは、第3の発明において、コンポジットボールが、Ni、Ni-P系合金、Ni-B系合金、Ni-P-B系合金、Fe-Ni系合金、Cu、Cu系合金、樹脂ビーズから選ばれる1種又は2種以上のコアボールの表面をSn又はSn系合金で被覆してなるボールであることを特徴としている。
ボールの成分として、上記の金属や合金を組み合わせることで、パッケージに相応しい電気伝導度や熱膨張率の材質を選定することができる。
【００１７】
第6の発明の半導体装置は、第1〜5の発明のいずれかに記載のウェハレベルパッケージから得られることを特徴としている。
第1〜5の発明において説明をしたように、電極部上に導電性ボールを1段又は複数段からなるバンプを形成させ、そのボールの一部を予め樹脂で覆ったことを特徴とするウェハレベルパッケージを有する半導体装置である。本発明のウェハレベルパッケージを有することにより半導体装置を、従来よりも、より小型化することと、製造コストを低下させることができる。
【００１８】
第7の発明の電子機器は、第6の発明の半導体装置を有することを特徴としている。
第6の発明を利用することにより得られる電子機器であるため、電子機器自体の小型化に有利である。
【００１９】
第8の発明のウェハレベルパッケージの製造方法は、電極部又は電極部に接続した配線層の一方又は双方を有する半導体基板のウェハレベルパッケージの製造方法であって、下記(a)及び(b)の工程を所定回数繰り返すことを特徴とするウェハレベルパッケージの製造方法である。
(a)  前記電極部上に、導電性ボールを搭載後リフロー又は熱圧着の一方又は双方をしてバンプを形成する。
(b)  前記半導体基板上に、熱硬化性又は感光性の一方又は双方の有機樹脂を主体とする絶縁層を前記バンプ高さの10〜90%の厚みとなるように塗布・硬化する。
【００２０】
かかる方法によれば、ボールの種類と大きさを自由に設定でき、チップの必要条件に合った構造に選ぶことができる。
【００２１】
第9の発明のウェハレベルパッケージの製造方法は、前記記載の製造方法で得られたウェハレベルパッケージのバンプ上に、さらに導電性ボールを搭載して、リフローによりバンプを形成することを特徴としている。
ボールの種類と大きさを自由に設定でき、チップの必要条件に合った構造に選ぶことができる。この方法では、最後に接合させたボールが樹脂に拘束されていないため、ボールの大小や接合時の圧力により、バンプ高さの自由度が大きいことが特徴である。
【００２２】
第10の発明は、第8又は9の導電性ボールの搭載方法が、ウェハレベルでボールを一括又は部分搭載する方法であることを特徴としている。
ウェハレベルでボールの一括搭載をすることにより、低コスト化することができる。ボールの種類と大きさを自由に設定でき、チップの必要条件に合った構造に選ぶことができるため、ボールの種類や大きさ毎に部分搭載を行っても良い。
【００２３】
第11の発明は、配線基板の電極上に予め形成されたバンプと、第1〜第5の発明のいずれかに記載のウェハレベルパッケージからダイシングした半導体基板のバンプとを位置合わせして接合することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
ボールの種類と大きさを適切に設定されたチップのバンプと配線基板のバンプを接合するため、熱応力や機械的応力に対して耐性のある半導体装置とすることができる。
【００２４】
第12の発明は、配線基板の電極と、第1〜第5の発明のいずれかに記載のウェハレベルパッケージからダイシングした半導体基板のバンプとを位置合わせして接合することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
ボールの種類と大きさを適切に設定されたチップのバンプと配線基板の電極を接合するため、熱応力や機械的応力に対して耐性のある半導体装置とすることができる。また、配線基板上へのバンプ形成を省略できるため、工程省略による更なる低コスト化ができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、以下の効果がある。
(1)  ボールバンプ形成後、予め樹脂を使用してボールを包み込み、バンプの頭の部分を出すことで、バンプとチップ接合界面での応力が緩和され、熱応力や機械的応力に強くなる。
(2)  ボールを2段以上積み上げることで、メタルポスト作製よりも短時間低コストで熱応力や機械的応力に強い構造が作製できる。
(3)  ボールの材質や大きさを適宜選択することで、半導体チップと配線基板の間の熱応力による変形に対する耐力をバンプに付与することができ、半導体装置の長期信頼性を向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
本発明のウェハレベルパッケージを、チップレベルの図で説明する。
まず、図3に示すように、所定の位置に電極や配線層が形成されたウェハ又はチップ上のUBM(Under Bump Metal)上に、導電性ボールを用いて、バンプを形成する。導電性ボールとしては、金属ボール又はコンポジットボールの一方又は双方が使用される。
【００２７】
金属ボールとしては、チップ上の電極と導電性ボールとの間で電気的接続を確保する必要があることから、導電性の良い金属、合金であることが望ましい。金属ボールには、銅、ニッケル、鉄を代表とする周期律表の中で利用できる全ての金属及びそれらの合金があるが、特に、金属ボールとして半田ボールを用いると、比較的低温で半田ボールが溶融し、確実なバンプ形成ができるので、最も好ましい。半田成分としては、鉛系や非鉛系の各種組成を用いることができ、用途に合わせて適宜選択すればよい。Sn、Sn-Pb系合金、Sn-Ag系合金、Sn-Bi系合金、Sn-Cu系合金、Sn-Ag-Cu系合金、Sn-Ag-Bi系合金、Sn-Zn系合金から選ばれる1種又は2種以上がよく使用される。
【００２８】
また、コンポジットボールとしては、コアになる部分が導電性でも絶縁性でも構わない。表面の半田成分で導通が取れる。半田成分としては、鉛系や非鉛系の各種組成を用いることができ、用途に合わせて適宜選択すればよい。Ni、Ni-P系合金、Ni-B系合金、Ni-P-B系合金、Fe-Ni系合金、Cu、Cu系合金、樹脂ビーズから選ばれる1種又は2種以上のコアボールの表面をSn又はSn系合金で被覆したものが使用される。
【００２９】
バンプの形成方法は、ボールマウント法であることが好ましい。接合方法は、リフロー法又は熱圧着法が用いられる。なお、ボール搭載前の電極上に他の方法で形成されたバンプがあっても良い。例えば、電気メッキ・無電解メッキ・ペースト法等が、それにあたる。
【００３０】
次に、図4に示すように、形成されたバンプの頭の一部を出して樹脂でボールを包み込むようにする。出る頭の割合は、ボールの材質・直径・温度条件に依るが、バンプ高さの10〜97%である。好ましくは10〜90%、より好ましくは40〜80%である。使用できる樹脂としては、モールド用樹脂として一般に使用されるものが使用できるが、一般の熱硬化性樹脂、感光性樹脂でも良い。粘度の比較的高い樹脂を、スピンコートで塗布しても良い。また、上から、テフロン（登録商標）シートで覆って押し当てて平坦化する。この後、60〜200℃で数分から数時間熱硬化を行って、密着させる。
【００３１】
次に、図5に示すように、出たボールバンプの頭にもう1個導電性ボールを載せ、リフロー又は熱圧着して、ボール同士を接合する。これは、一般のリフロー又は熱圧着条件で行われる。異なる種類のボールであれば、リフロー又は熱圧着の温度は、低い方を選べばよい。
【００３２】
電極の形状は、特に限定するものではないが、円形、楕円形、角形、八角形等、各種形状を取り得る。ボールバンプに対する応力集中の緩和の観点から、回転対称な形状が好ましく、最も好ましいのは円形形状である。また、電極径は、長径が5〜200μmであることが好ましい。ここで、電極の長径とは、円形の場合には直径に相当し、楕円形、角形、八角形等であっては、その径や対角線の内、最長の長さのものである。
【００３３】
電極の長径が5μm未満では、ボールバンプ形成後のパッケージング時の位置合わせ精度を考えると、現状では導電性ボールとの接合が困難となる場合がある。また、200μm超では、現在のチップサイズの小型化をできない恐れが高まる。また、電極の長径と樹脂厚みのアスペクト比(深さ/長径)、言い換えると、後の工程で形成されるボールバンプの長径と高さのアスペクト比(高さ/長径)が0.03〜3であると、ボールバンプへの応力集中の緩和効果が大きく、最適である。この範囲より小さいと、熱や機械的応力の緩和効果は殆どない。大きい場合は、必要以上に接合部が厚くなり、バンプ部分で無駄な電力がかかり、発熱等で悪影響が出る。
【００３４】
3段ボール程度までが、現実的な最適値であると考えられる。ボール積み上げ方法としては、基本的に次の2工程の繰り返しである。
(a)  電極部上に、導電性ボールを搭載後リフロー又は熱圧着の一方又は双方をしてバンプを形成する。
(b)  半導体基板上に、熱硬化性又は感光性の一方又は双方の有機樹脂を主体とする絶縁層を前記バンプ高さの10〜90%の厚みとなるように塗布・硬化する。
【００３５】
(a)と(b)を2回ずつ行えば、2段ボールとなる(図7)。(a)と(b)を1回ずつ行い(図4)、形成したバンプの上にボール搭載すれば図5の構造の2段ボールが得られる。これを配線基板と接合することでパッケージが完成する(図6)。
【００３６】
次に、図6に本発明のウェハレベルパッケージからダイシングした半導体基板と配線基板との接合状態を示す。配線基板の電極を位置合わせしてリフローし、装置ができ上がる。リフロー温度は、使用したボールの処理温度の低い方で行う。
図8には、2個目のボールを配線基板側に予め接合させておき、両方を接合させる装置接合方法を示している。
図9には、2個目のボールを配線基板に接合させた後、配線基板側にも補強用の樹脂を付け、チップを搭載する方法を示している。
図10には、ボールを3個用いてバンプを形成する例を示す。ボール径が小さくなった場合に歪緩和に利用が可能である。
【００３７】
また、バンプ形成方法としては、ウェハレベルで導電性ボールを一括又は部分搭載したり、ウェハレベルで導電性ボールを搭載した後リフロー又は熱圧着を行ったり、ウェハレベルで導電性ボールを一括又は部分搭載した後リフロー又は熱圧着を行うこと等を挙げられる。特に、ウェハレベルで導電性ボールを一括又は部分搭載した後リフロー又は熱圧着を行う方法は、最も低コストで確実に接合できるバンプ形成方法である。なお、その他の方法として、半導体チップの電極上にペースト法、めっき法等で形成したバンプの上に、上述の本発明のボールバンプを形成して接続しても良い。
【００３８】
このように作製したウェハレベルパッケージをダイシングして、各々の半導体パッケージに分離してから、各半導体パッケージをプリント基板等の配線基板に搭載することにより、従来のものより小型化した半導体装置が得られる。なお、配線基板の電極上のペースト法、めっき法等で形成したバンプと本発明のウェハレベルパッケージから得られる半導体パッケージのバンプとを接続しても良い。そして、この半導体装置を組み込むことで、電子機器の小型化が容易に実現する。
【実施例】
【００３９】
(実施例1)
図3〜図6に示す工程に沿って、ウェハレベルパッケージ及び半導体装置を作製した。
用いたウェハは、8インチ(200mm)径のもので、図11に示す6.7mm×6.7mmのテストチップ(チップ当りの電極数625個、電極間隔250μm)を619個形成したもの(総電極数:386875個)である。
【００４０】
まず、図3に示すように、Al電極上に形成したUBM(Under Bump Metal: Al/Ni-P/Au 100μm角)2上にロジン系フラックスを塗布し、その上に100μm径のSn-2.6Ag-0.6Cu成分系の半田ボールを一括搭載した後、リフロー炉(250℃)でリフローし、UBMとボールを接合した。ボール高さは、平均値で76μmであった。なお、Al電極上のUBMは、ニッケル-リン合金(Ni-11%P)と金であり、ニッケルは5μm厚み、金は0.1μｍ厚で、無電解めっき法で形成した。先にNi-Pメッキを行い、次にAuメッキをする。
【００４１】
次に、絶縁性樹脂(モールド用樹脂として一般に用いられるもの)をウェハ上に所定量塗布し、上部よりテフロン（登録商標）製シートを介して加圧し、均一厚みとし、4000±400Paの加圧を加えたまま、200℃で2時間加熱硬化させた(図4参照)。樹脂厚は、硬化膜厚として55μmとした。
【００４２】
次に、図4に示す頭の部分が出た半田バンプの上にロジン系フラックスを塗布し、100μm径のPb-Sn共晶半田ボールを一括搭載後リフローして接合させた(図5参照)。リフロー温度は、Pb-Sn共晶半田の230℃で行った。
【００４３】
最後に、図5のように作製したウェハレベルパッケージをダイシングして、チップサイズパッケージとしてから、バンプ位置に対応した電極を有するプリント基板と位置合わせを行ってから、リフローにより接合し、半導体装置とした(図6参照)。
【００４４】
作製した半導体装置に対して、以下に述べる温度サイクルテストを行った。
温度サイクルテストの条件は、-55℃(保定時間15分)〜125℃(保定時間15分)を1000サイクル(降温速度及び昇温速度は、10℃/分)繰り返した後、各バンプの導通を確認し、全てのバンプで導通が確保されていれば合格とした。
【００４５】
ウェハの任意の位置から採取した10個のサンプルで導通テストを行ったところ、合格数は10個であり、全て合格した。ボールが2段で信頼性の高い結果が得られた。合格品は、全て、チップ内に形成された回路が正常に動作していた。
【００４６】
(実施例2)
図3、図4、図5、図7及び図8の順で、ウェハレベルパッケージ及び半導体装置を作製した。用いたウェハは、実施例1と同様のものである。
まず、実施例1と同様にして、図3に示すように、Al電極上に形成したUBM(Under Bump Metal: Al/Ni-P/Au 100μm角) 2上にロジン系フラックスを塗布し、その上に100μｍ径のSn-2.6Ag-0.6Cu成分系の半田ボールを一括搭載した後、リフロー炉(250℃)でリフローし、UBMとボールを接合した。ボール高さは、平均値で76μmであった。なお、Al電極上のUBMは、実施例1と同様の構成である。
【００４７】
次に、絶縁性樹脂(モールド用樹脂として一般に用いられるもの)をウェハ上に所定量塗布し、上部よりテフロン（登録商標）製シートを介して加圧し、均一厚みとし、4000±400Paの加圧を加えたまま、200℃で2時間加熱硬化させた(図4参照)。樹脂厚は、硬化膜厚として55μmとした。
【００４８】
次に、図4に示す頭の部分が出た半田バンプの上にロジン系フラックスを塗布し、100μm径のPb-Sn共晶半田ボールを一括搭載後リフローして接合させた(図5参照)。リフロー温度は、Pb-Sn共晶半田の230℃で行った。
さらに、上述の樹脂を塗布して2段目のボールの半分の位置まで樹脂を積み上げた(図7)。
【００４９】
次に、テストチップの電極に対応した位置に電極を形成したプリント基板側の電極にロジン系フラックスを塗布し、100μm径のPb-Sn共晶半田ボールを搭載後リフローして接合させた。リフロー温度は、Pb-Sn共晶半田の230℃で行った。
【００５０】
次に、図7のように作製したウェハレベルパッケージをダイシングして、チップサイズパッケージとしてから、図8に示すように、電極上にバンプを形成したプリント基板のボールバンプと位置合わせを行ってから、リフローにより接合し、半導体装置とした。
【００５１】
作製した半導体装置に対して、実施例1と同様の温度サイクルテストを行った。
ウェハの任意の位置から採取した10個のサンプルで導通テストを行ったところ、合格数は10個であり、全て合格した。ボールが2段で信頼性の高い結果が得られた。合格品は、全て、チップ内に形成された回路が正常に動作していた。
【００５２】
(実施例3)
図3、図4、図5、図7及び図9の順で、ウェハレベルパッケージ及び半導体装置を作製した。用いたウェハは、実施例1と同様のものである。また、ウェハレベルパッケージの作製は、実施例2と同様に行った。
一方、プリント基板の電極にボールバンプを形成するところまでは実施例2と同様に行い、その後、絶縁性樹脂(モールド用樹脂として一般に用いられるもの)をプリント基板上に所定量塗布し、上部よりテフロン（登録商標）製シートを介して加圧し、均一厚みとし、4000±400Paの加圧を加えたまま、200℃で2時間加熱硬化させた。樹脂厚は、硬化膜厚として25μmとした。
【００５３】
その後、図9に示すように、ウェハレベルパッケージをダイシングして、チップサイズパッケージとしてから、電極上にバンプを形成したプリント基板のボールバンプと位置合わせを行ってから、リフローにより接合し、半導体装置とした。
【００５４】
作製した半導体装置に対して、実施例1と同様の温度サイクルテストを行った。
ウェハの任意の位置から採取した10個のサンプルで導通テストを行ったところ、合格数は10個であり、全て合格した。ボールが2段で信頼性の高い結果が得られた。合格品は、全て、チップ内に形成された回路が正常に動作していた。
【００５５】
(実施例4)
図3、図4、図5及び図10の順で、ウェハレベルパッケージを作製した。用いたウェハは、実施例1と同様のものである。
まず、図3〜図5に示す工程は、実施例1と同様にしてバンプを形成し、ウェハレベルパッケージを得た。また、実施例3と同様に、プリント基板に予めボールバンプを形成しておき、樹脂層も作製した。このプリント基板にウェハレベルパッケージからダイシングにより得たチップを搭載しリフローして、半導体装置を作製した。
【００５６】
次に、作製した半導体装置に対して、実施例1と同様の温度サイクルテストを行った。
ウェハの任意の位置から採取した10個のサンプルで導通テストを行ったところ、合格数は10個であり、全て合格した。合格品は、全て、チップ内に形成された回路が正常に動作していた。
【００５７】
(実施例5)
実施例1における電極直上の導電性ボールをコンポジットボールとした以外は、実施例1と同一の条件でウェハレベルパッケージを作製した。コンポジットボールのコア(コア径80μｍ)の材質をNi-1%B、Ni-2%P-0.1%B、Fe-3%Ni、Cuの各合金とし、コアボールの表面を厚み10μmのPb-Sn共晶半田膜で覆った。コンポジットボールを用いて作製したウェハレベルパッケージのバンプ高さの均一性に優れている。
【００５８】
作製した半導体装置に対して、実施例1と同様の温度サイクルテストを行った。結果は、10個中9個の合格であった。今回の試験では、コアボールの材質による結果の違いはなかった。
【００５９】
(実施例6)
実施例2と同様にしてバンプを形成し、ウェハレベルパッケージを得た。作製したウェハレベルパッケージをダイシングして、チップサイズパッケージとしてから、実施例1と同様に、バンプ位置に対応した電極を有するプリント基板と位置合わせを行ってから、リフローにより接合し、半導体装置とした。
【００６０】
作製した半導体装置に対して、実施例1と同様の温度サイクルテストを行った。
ウェハの任意の位置から採取した10個のサンプルで導通テストを行ったところ、合格数は10個であり、全て合格した。ボールが2段で信頼性の高い結果が得られた。合格品は、全て、チップ内に形成された回路が正常に動作していた。
【００６１】
(比較例)
樹脂を使用せずに、実施例1と同様の工程でサンプルを作製した。この場合、2段目のボールが1段目のボールバンプの上に一括搭載できず、サンプルの作製は難しかった。チップ毎の搭載やボール1個ずつの搭載においても、ボール搭載は難しかった。これは、１個目の半田ボールが樹脂で形状固定されておらず、融点の差が多少あっても両方の半田ボールが溶融して、バンプが潰れて良好な接続ができなかった。
【００６２】
また、樹脂を使用せずに、実施例2の工程に対応するものも作製した(使用ボールは全て100μmφ)。この場合、今後さらに狭ピッチ化が進んでくると、隣のボール同士がくっ付いてサンプルが上手くでき難い状態であった。リフローの際に半田の粘度が低いと、ボールが潰れて隣のボールとつながってしまうと言う現象である。そこで、リフローの際に周囲にだけ半田成分の付いた銅コア半田ボールを使用したところ、ボールの潰れが無くサンプルはできた。銅コア半田ボールの半田としては、Sn-Pb系や、Sn・Sn-Ag・Sn-Cu系のものがよく用いられる。今回は、銅コア径が、100μmφで半田層が25μm厚のSn-Ag系を使用した。
【００６３】
実施例1と同様に、任意の位置のチップを10個採取してプリント基板に接合してから、温度サイクルテストを行った。
ウェハの任意の位置から採取した10個ずつのサンプルで導通テストを行ったところ、合格数は、以下の表1に示すような結果になった。何れの比較例も、信頼性の低い結果となった。
【００６４】
【表１】
2006032724.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】再配線型ウェハレベルCSPを示す図である。
【図２】チップサイズパッケージとプリント基板の接合状態を示す断面図である。
【図３】本発明のウェハサイズパッケージのボールバンプリフロー後の状態を示す断面図である。
【図４】本発明におけるバンプ周りに樹脂絶縁層を付与した状態を示す断面図である。
【図５】本発明における樹脂上に出た第1段のボールバンプ上に第２段のボールをリフローした状態を示す断面図である。
【図６】図5のチップをプリント基板の電極に直接接合した状態を示す断面図である。
【図７】本発明におけるボールと樹脂を2段積みした状態を示す断面図である。
【図８】図7のチップをプリント基板側にバンプ形成したものに接合した断面図である。
【図９】図7のチップをプリント基板側にバンプとそのバンプを包むように樹脂を使用したものに接合した状態を示す断面図である。
【図１０】図5のチップをプリント基板側にバンプとそのバンプを包むように樹脂を使用したものに接合した状態を示す断面図である。
【図１１】実施例で使用したチップの電極パターン(電極のみ示す)を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
1  チップ
2  電極
3  配線層
4  絶縁層
5  ポスト
6  金属ボール
7  パッシべーション膜
8  チップサイズパッケージ
9  半田ボール
10  銅電極
11  プリント基板
14  導電性ボール
41  樹脂膜(絶縁層)
42  ポリイミド膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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