(57)【要約】 【課題】  保護膜を貫通して半導体基板まで達するピンホールの発生を防止することができる半導体装置およびそ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、最大粒径が１０μｍ以下である充填剤を含む樹脂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、Ｈ２ＳＯ４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。【選択図】    図１
2006005230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成されたポスト電極と、
前記ポスト電極が形成された前記半導体基板上に形成された保護膜と、
を具備し、前記保護膜は、樹脂と、最大粒径が０．１μｍ以上１０μｍ以下である粒状の充填剤とを含有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ポスト電極の側壁が前記保護膜の表面から露出しており、前記ポスト電極の表面にメッキ処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記保護膜の厚さは１５μｍ以上４０μｍ以下であ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。
【請求項４】
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を備え、
前記保護膜は、樹脂と、最大粒径が０．１μｍ以上１０μｍ以下である粒状の充填剤とを含有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
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の後に、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をさらに具備することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
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５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記保護膜を研磨またはエッチングした結果、前記保護膜の厚さは１５μｍ以上４０μｍ以下となっていることを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれかの項に記載の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、ＷＬ−ＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ  Ｌｅｖｅｌ  Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）における半導体装置およびその製造方法に関する。特に、ポスト電極間を充填する樹脂層におけるピンホールの発生の改善を図った半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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には、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という利点もある。
【０００３】
図３は従来のＷＬ−ＣＳＰにおける半導体装置の製造方法を示している。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。まず、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。
【０００４】
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。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、ポスト電極２の高さの均一化を行うと図３（ｂ）で示される構造が形成される。
【０００５】
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、金属メッキ層４を形成すると、図３（ｃ）で示される構造が形成される。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。
【０００６】
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、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。
【特許文献１】特開昭５３−８３４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ポスト電極２および半導体基板１の表面を覆う樹脂３には、エポキシ系樹脂等からなる樹脂成分に、シリカ等からなる充填剤と硬化剤とが含まれている。充填剤は、樹脂３の線膨張係数を半導体基板１の線膨張係数に近づけると共に、樹脂３の熱伝導性を向上させるために含まれている。また、硬化剤は樹脂３を加熱硬化させるために含まれている。
【０００８】
ここで、樹脂３に含まれている充填剤はシリカ等の球状の粒体からなり、その最大粒径は２０μｍ程度である。このため、樹脂３の上面を機械的なグラインドにより研磨すると、この充填剤が研磨によって樹脂３の表面から剥がれ落ち、図３（ｄ）に示されるように、充填剤が剥がれ落ちることにより形成された凹部５（空所）が樹脂３の表面に生じる。この凹部５が半導体基板１の表面まで達すると、ピンホール（貫通孔）が形成され、このピンホールが半導体装置の耐湿性の劣化等を招く。このようなピンホールによる特性の劣化を確実に防止することができるように、従来は樹脂３を厚く、例えば４０μｍ以上で形成する必要があった。しかし、樹脂３を厚く形成することは、ＷＬ−ＣＳＰの薄型化の効果を損なうという問題点があった。
【０００９】
また、本出願人は図３（ｂ）の構造を形成した後に、Ｈ２ＳＯ４等の薬液を用いて樹脂３をエッチングし、ポスト電極２の側壁を露出させ、このポスト電極２にメッキ処理を行う半導体装置の製造方法を考案した（特願２００３−３５４０７９号）。この製造方法によれば、ポスト電極２の側壁部にも金属メッキ層４が形成されるため、半導体装置と基板との接着強度を高めることができる。しかし、この製造方法においては、半導体基板１の表面を覆う樹脂３のエッチングを行うため、凹部５が拡大し、さらにピンホールが発生しやすくなる。
【００１０】
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、保護膜を貫通して半導体基板まで達するピンホールの発生を防止することができる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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、半導体基板上に形成されたポスト電極と、前記ポスト電極が形成された前記半導体基板上に形成された保護膜と、を具備し、前記保護膜は、樹脂と、最大粒径が０．１μｍ以上１０μｍ以下である粒状の充填剤とを含有することを特徴とする半導体装置である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置において、前記ポスト電極の側壁が前記保護膜の表面から露出しており、前記ポスト電極の表面にメッキ処理が施されていることを特徴とする。
【００１３】
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において、前記保護膜の厚さは１５μｍ以上４０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４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を備え、前記保護膜は、樹脂と、最大粒径が０．１μｍ以上１０μｍ以下である粒状の充填剤とを含有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、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の後に、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をさらに具備することを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項５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。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項４〜請求項６のいずれかの項に記載の半導体装置の製造方法において、前記保護膜を研磨またはエッチングした結果、前記保護膜の厚さは１５μｍ以上４０μｍ以下となっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、保護膜に含まれる充填剤の最大粒径を１０μｍ以下としたので、保護膜を貫通して半導体基板まで達するピンホールの発生を防止することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照し、本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、本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、半導体基板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。
【００２０】
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。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。
【００２１】
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。また、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。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。
【００２２】
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。このポスト電極２の高さは例えば、３０μｍ程度である。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。
【００２３】
続いて、Ｈ２ＳＯ４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、１０μｍであり、樹脂３の厚さは２０μｍ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すると、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。
【００２４】
次に、本実施形態に用いられる充填剤について説明する。上述した製造方法に用いられる樹脂３は、例えばエポキシ系樹脂からなる樹脂成分を２２ｗｔ％、粒状シリカからなる充填剤を７７ｗｔ％、硬化剤を１ｗｔ％を含んでいる。硬化剤は、周知の酸無水物系硬化剤、フェノール系硬化剤、またはアミン系硬化剤などからなり、樹脂３の熱硬化を促進するために含まれている。エポキシ樹脂は、シリコンなどからなる半導体基板に比較して、線膨張係数が大きい。このため、樹脂３には、エポキシ樹脂に比較して線膨張係数の小さい充填剤が含まれている。この充填剤が含まれていることにより、樹脂３の線膨張係数は半導体基板１の線膨張係数に近似する。
【００２５】
上記のように、樹脂３の線膨張係数を小さくし、かつ樹脂３の熱伝導性を向上させることができるため、シリカからなる充填剤を用いることが望ましい。充填剤として、アルミナ、珪酸ジルコニウム、またはチタン酸化物等を用いてもよい。しかし、以下の理由により、シリカを用いることが最適である。
（１）半導体基板が通常シリコンであるため、半導体基板との物性値に合わせこみやすい。
（２）半導体の場合、塗布する樹脂の中に金属が含まれることを嫌う（シリコン中への金属の拡散等を嫌う）。
（３）比較的安価である。
【００２６】
本実施形態による半導体装置においては、樹脂３に含まれる充填剤の最大粒径が０．１μｍ以上１０μｍ以下である。この充填剤は粒状の球体形状（または球体に近い形状）を有しており、その断面における最大粒径（直径）が１０μｍ以下である。充填剤の最大粒径を測定する方法としては、充填剤を電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察し、その観察像を撮影したＳＥＭ写真を用いて粒径を測定する方法が挙げられる。また、レーザー式粒度計を用いて粒径を測定してもよい。
【００２７】
本実施形態による半導体装置においては、実質的に全ての充填剤において最大粒径が１０μｍ以下に設定されているが、樹脂３に含まれる充填剤のうち、９５％以上の充填剤の最大粒径が１０μｍ以下になっていればよい。充填剤の粒径には不可避的にばらつきが生じるが、樹脂３に含まれる充填剤のうち、８０％以上の充填剤の最大粒径が３〜６μｍの範囲に収まっていることが望ましい。なお、実用上、充填剤の粒径の最小値は０．１μｍである。
【００２８】
最大粒径が１０μｍ以下となるような粒状シリカの製造方法は、例えば以下のようになる。まず、以下の反応式のように、シリコン四塩化物の加水分解により、固まりになったシリカ（ＳｉＯ２）を生成する。
ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２Ｏ→ＳｉＯ２＋４ＨＣｌ
続いて、固まりになったシリカを機械的に粉砕し、水素と酸素の火炎バーナー中にシリカを噴射する。この炎によってシリカを溶融させると、表面張力によりシリカが球体化する。上記の、シリカを機械的に粉砕する方法において、粉塵爆発によってを金属珪素微粉体を粉砕する方法もあり、特にこの場合には、粒径の小さいシリカを良好に得ることができる。
【００２９】
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（Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ＝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（Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２＝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。
【００３０】
樹脂３として、シリカが含まれた市販のエポキシ樹脂を用いた場合に、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。
【００３１】
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Ｏ２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。
【００３２】
上述した実施形態において、図１（ｃ）の状態での樹脂３の厚さは充填剤の最大粒径以上であり、さらに１５μｍ〜４０μｍであることが望ましい。半導体装置をさらに薄型化するためには、図１（ｃ）の状態での樹脂３の厚さは１５μｍ〜２０μｍであることが望ましい。
【００３３】
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。
【００３４】
上述したように、本実施形態によれば、樹脂３に含まれる粒状の充填剤の最大粒径（直径）が１０μｍ以下であるため、図１の樹脂３の表面を機械的なグラインドにより研磨した場合に、充填剤が樹脂３の表面から剥がれ落ちても、これによって形成される凹部（空所）の深さは比較的浅い。この結果、半導体基板１の表面まで達するようなピンホール（貫通孔）が形成されることがなく、半導体装置の耐湿性等が劣化することを防止することができる。
【００３５】
また、ピンホールの発生を防止するために樹脂３を厚く形成する必要がなく、樹脂３の厚さを４０μｍ以下とすることができるので、十分に薄型化した半導体装置が得られる。さらに、ポスト電極２の側壁部に金属メッキ層４が形成されるため、半導体装置と基板との接着強度を高めることができる。
【００３６】
本実施形態においては、ポスト電極２が露出するまで樹脂３を研磨し、続いてポスト電極２の側壁を露出させてからポスト電極２の表面にメッキ処理を施したが、ポスト電極２の側壁部を露出させずにポスト電極２上面にメッキ処理を施してもよい。しかし、ポスト電極２の側壁部に金属メッキ層４を形成すると、半導体装置と基板との接着強度を高めることができ、このような場合には、半導体基板１の表面を覆う樹脂３の厚さが比較的薄くなるため、本実施形態の充填剤を適用すれば、特に顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】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２】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。
【図３】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】
【００３８】
１・・・半導体基板、２・・・ポスト電極、３・・・樹脂、４・・・金属メッキ層、５・・・凹部。
【図１】
2006005230.tif 000003
【図２】
2006005230.tif 000004
【図３】
2006005230.tif 000005