(57)【要約】【課題】反り現象を回避してハンドルウエハの使用を必要とせず電子部品を封入する方法を提供する。【解決手段】半導体ウエハ(10)の第１面に電子部品を形成するステップ、絶縁材料によって覆われた導電性の相互接続積層体(18)を第１面に形成するステップ、相互接続積層体(18)に第１及び第２ボンディングパッド(24A,24B) を形成するステップ、半導体ウエハ(10)の少なくとも外周部分を除いて半導体ウエハ(10)を薄くするステップ、半導体ウエハ(10)の薄くした領域に第１樹脂層(38)を形成するステップ、第１ボンディングパッド(24B) に第１電子チップ(42)を配置して第２ボンディングパッド(24A) に第１半田バンプ(44)を形成するステップ、第１電子チップ(42)を覆い第１半田バンプ(44)を部分的に覆う第２樹脂層(46)を形成するステップ、第１樹脂層(38)に粘着ストリップ(48)を接着するステップ、及び形成された構造体を個別のチップにスクラビングするステップを備える。【選択図】図６
2011109104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を封入する方法において、
(a) 半導体ウエハの内部及び第１面に電子部品を形成するステップ、
(b) 前記半導体ウエハの第１面に、絶縁材料によって覆われた導電性のトラック及びバイアホールを含む相互接続積層体を形成するステップ、
(c) 前記相互接続積層体に第１及び第２のボンディングパッドを形成するステップ、
(d) 前記半導体ウエハの少なくとも外周部分を除いて、前記半導体ウエハを薄くするステップ、
(e) 前記半導体ウエハの薄くした領域に第１の樹脂層を形成するステップ、
(f) 前記第１のボンディングパッドに少なくとも１つの第１の電子チップを取り付け、前記第２のボンディングパッドに第１の半田バンプを形成するステップ、
(g) 前記第１の電子チップを覆い、前記第１の半田バンプを部分的に覆う第２の樹脂層を形成するステップ、
(h) 前記第１の樹脂層に粘着ストリップを接着するステップ、及び
(i) 形成された構造体を個別のチップにスクラビングするステップ
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ステップ(a) は、前記半導体ウエハの第１面に、導電性材料が充填されたトレンチを形成することを更に含んでおり、
前記ステップ(d) は、前記トレンチを前記半導体ウエハの下面から露出させることを含んでおり、及び
前記ステップ(d) の後、前記トレンチの露出した位置に第３のボンディングパッドを形成するステップ、及び、前記第３のボンディングパッドに第２の電子チップを取り付けるステップが行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の樹脂層は、20μm 未満の直径を有する樹脂を含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の電子チップ及び第２の電子チップは、第２の半田バンプによって前記第１のボンディングパッド及び前記第３のボンディングパッドに夫々取り付けられることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の半田バンプは、20乃至100 μm の直径を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１、第２及び第３のボンディングパッドは、導電性積層体から形成されることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ(i) の後、前記粘着ストリップを分離するステップが行われることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクライビング前に、半導体ウエハに形成された電子部品を封入する方法に関する。本発明は、より具体的には、電子チップが配置されている電子部品を封入する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の同一の電子部品を半導体ウエハの内部及び一面に形成して、封入型電子チップを製造する。その後、一又は複数の相互接続レベルを電子部品に形成して、電子部品の要素を相互に接続すると共に、該要素を接続パッドに接続する。また、相互接続積層体の表面であって適合されたボンディングパッドに電子チップが配置されてもよい。これらの処理が行われると、構造体が、封入されて、その後個別のチップにスクライビングされる。
【０００３】
電子部品が内部に形成されている半導体ウエハ上に電子部品を直接封入するために、公知の方法は、構造体の少なくとも一面に、ハンドルウエハとも呼ばれる半導体ウエハを接着する中間ステップを備えている。ハンドルウエハは、様々な封入ステップ、及び電子部品が形成されている半導体ウエハを薄くするステップ中に構造体を硬化するために使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０４６０１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
公知の方法の欠点は、このようなハンドルウエハの使用が比較的費用がかさみ、制約が加えられるということである。実際には、このようなハンドルウエハは、厚い半導体ウエハ又はガラスウエハであり、接着及び分離動作によって損傷する。
【０００６】
従って、反り現象を回避してハンドルウエハの使用を必要とせず、電子チップが配置され固定されている電子部品を封入する方法が必要である。
【０００７】
本発明の目的は、半導体ウエハの内部及び一面に直接形成された電子部品を封入する方法を提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、電子チップが配置され接着されている電子部品の封入に適した方法を提供することである。
【０００９】
本発明の更なる目的は、スクライビング前の構造体の反りという問題を回避する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】
従って、本発明は、電子部品を封入する方法において、
(a) 半導体ウエハの内部及び第１面に電子部品を形成するステップ、
(b) 前記半導体ウエハの第１面に、絶縁材料によって覆われた導電性のトラック及びバイアホールを含む相互接続積層体を形成するステップ、
(c) 前記相互接続積層体に第１及び第２のボンディングパッドを形成するステップ、
(d) 前記半導体ウエハの少なくとも外周部分を除いて、前記半導体ウエハを薄くするステップ、
(e) 前記半導体ウエハの薄くした領域に第１の樹脂層を形成するステップ、
(f) 前記第１のボンディングパッドに少なくとも１つの第１の電子チップを取り付け、前記第２のボンディングパッドに第１の半田バンプを形成するステップ、
(g) 前記第１の電子チップを覆い、前記第１の半田バンプを部分的に覆う第２の樹脂層を形成するステップ、
(h) 前記第１の樹脂層に粘着ストリップを接着するステップ、及び
(i) 形成された構造体を個別のチップにスクラビングするステップ
を備えていることを特徴とする方法を提供する。
【００１１】
本発明によれば、
前記ステップ(a) は、前記半導体ウエハの第１面に、導電性材料が充填されたトレンチを形成することを更に含んでおり、
前記ステップ(d) は、前記トレンチを前記半導体ウエハの下面から露出させることを含んでおり、及び
前記ステップ(d) の後、前記トレンチの露出した位置に第３のボンディングパッドを形成するステップ、及び、前記第３のボンディングパッドに第２の電子チップを取り付けるステップが行われる。
【００１２】
本発明によれば、前記第１の樹脂層は、20μm 未満の直径を有する樹脂を含んでいる。
【００１３】
本発明によれば、前記第１の電子チップ及び第２の電子チップは、第２の半田バンプによって前記第１のボンディングパッド及び前記第３のボンディングパッドに夫々取り付けられる。
【００１４】
本発明によれば、前記第２の半田バンプは、20乃至100 μm の直径を有する。
【００１５】
本発明によれば、前記第１、第２及び第３のボンディングパッドは、導電性積層体から形成される。
【００１６】
本発明によれば、前記ステップ(i) の後、前記粘着ストリップを分離するステップが行われる。
【００１７】
本発明の前述の目的、特徴及び利点を、添付図面を参照して本発明を限定するものではない特定の実施形態について以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る方法のステップを示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る方法のステップを示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る方法のステップを示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る方法のステップを示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る方法のステップを示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る方法のステップを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
明瞭化のために、同一の要素は異なる図面において同一の参照番号で示されている。更に、ウエハにおける電子部品の表示ではよくあるように、図面は正しい縮尺で示されていない。
【００２０】
電子部品をウエハに封入するステップにおけるハンドルウエハの使用と、反り現象とを回避するために、本発明は、構造体を硬化すべく硬い樹脂層及び梁を使用した方法を提供する。
【００２１】
図１乃至６は、封入型電子チップを提供するための本実施形態に係る封入方法のステップを示す断面図である。前記封入型電子チップは、自身の前面により、すなわち、電子部品が形成されている半導体ウエハの表面に取り付けられる。ここに述べられている方法は、面実装タイプ（SMT ）の電子チップの積層体の形成に特に適している。
【００２２】
図面には、本方法の２つの代替の実施形態A,B が示されている。代替の実施形態A には、半導体ウエハに形成された電子部品の両面に電子チップが設けられてあり、代替の実施形態B には、電子チップが、前記半導体ウエハの上面にのみ設けられている。
【００２３】
両方の実施形態A,B に共通する図１に示されたステップでは、基板とも呼ばれ、例えばシリコンから形成された厚い半導体ウエハ10を備えた構造体から始めており、前記半導体ウエハ10の内部及び一面に電子部品が形成される。半導体ウエハ10は、500 乃至900 μm の厚さを有してもよい。尚、半導体ウエハ10の内部及び一面に示された電子部品の選択は完全に任意であり、あらゆる電子部品が半導体ウエハ10の表面に形成されてもよい。更に、図面に示された構成とは異なり、多くの電子部品が半導体ウエハ10に互いに隣り合って形成されてもよい。特には、電力要素又は保護要素が設けられてもよい。示された半導体ウエハ10は、電子部品の大きさより僅かに大きい。
【００２４】
代替の実施形態A では、各電子部品のレベルに、導電性材料が充填されたトレンチ16が半導体ウエハ10に形成される。トレンチ16は、半導体ウエハ10を薄くするステップが行われた後、シリコン貫通電極（TSV ）を形成するための構成要素である。このために、トレンチ16は、比較的深く、例えば100 乃至200 μm の深さを有する。TSV の構造自体は公知であるので、トレンチ16の形成はこれ以上説明しない。薄い絶縁層が、トレンチ16の壁に形成される。
【００２５】
相互接続積層体18が、半導体ウエハ10の表面に形成される。この相互接続積層体18は、詳述されていない一又は複数の相互接続レベルを含んでおり、相互接続レベルには複数の導電性のトラック20が形成されてあり、該トラック20は、互いに接続され、更に導電性のバイアホール21によって電子部品に接続される。トラック20及びバイアホール21は、水平線及び垂直線によって夫々概略的に示されており、絶縁材料で覆われている。代替の実施形態A の場合には、トラック20及びバイアホール21は更に、トレンチ16と接するように設けられている。
【００２６】
絶縁層22が、相互接続積層体18の表面に形成される。絶縁層22は、絶縁層22に設けられる電子チップと半田バンプとの接続開口部を含んでいる。設けられる電子チップ又は半田バンプの接続要素との接続を改善するための導電性の接着領域、すなわち、半田バンプのためのボンディングパッド24A と、設けられる電子チップのためのボンディングパッド24B とが、絶縁層22の開口部に形成される。ボンディングパッド24A,24B は、例えば、バンプ下地金属（UBM ）の導電性積層体から形成されており、このような導電性積層体は、相互接続積層体18のトラック20に優れた粘着性を与える少なくとも１つの下部層と、設けられる電子チップの接続要素又は半田バンプとの優れた粘着性を与える上部層とを含んでいる。ボンディングパッド24A,24B は、例えば、構造体全体に導電性積層体を形成して、マスクを用いたエッチングにより接着領域24A,24B を画定することにより得られてもよい。相互接続積層体18には、トラック20及びバイアホール21が、ボンディングパッド24A,24B と接するように設けられている。代替の実施形態A では、拡散領域12A 及びボンディングパッド24A 間の接続20-21 と、拡散領域13A 、トレンチ16及びボンディングパッド24B 間の接続20-21 と、拡散領域14A 、トレンチ16及びボンディングパッド24B 間の接続20-21 と、拡散領域15A 及びボンディングパッド24A 間の接続20-21 とが、一例として示されている。代替の実施形態B では、拡散領域12B 及びボンディングパッド24A 間の接続20-21 と、拡散領域13B 及びボンディングパッド24B 間の接続20-21 と、拡散領域14B 及びボンディングパッド24B 間の接続20-21 と、拡散領域15B 及びボンディングパッド24A 間の接続20-21 とが、一例として示されている。
【００２７】
尚、絶縁層22及び接着領域24A,24B は、図５に示されたステップの前であれば、ここに述べられている方法の更に後で形成されてもよい。
【００２８】
図２に示されたステップでは、半導体ウエハ10を薄くして、半導体層26が形成される。代替の実施形態A では、導電性材料から形成されたトレンチ16の下部分が半導体層26から露出している。半導体ウエハ10の薄層化は、半導体ウエハ10の中央部分でのみ行われて、半導体ウエハ10の外周部分の硬化梁28がより大きな厚さを維持していることが好ましい。半導体ウエハ10の薄層化は、磨砕により、及び／又は機械研磨又は化学機械研磨（CMP ）により、及び／又はウェットエッチング（化学処理）により行われる。従って、得られた構造体は、硬化梁28により剛性を維持している。尚、半導体層26の表面下に、様々な硬化梁28が、例えば、夫々の個別のチップの外形部分、又は個別のチップの組立体の外形部分に設けられてもよい。このような硬化梁28の構造は、特には、仏国特許出願公開第2771108 号明細書に述べられており、ここではこれ以上説明しない。半導体ウエハ10の薄層化は、異方性エッチングによって行なわれてもよい。
【００２９】
代替の実施形態A における図３に示されたステップでは、絶縁材料の絶縁層30が半導体層26の下面に形成される。尚、両方の実施形態A,B に同一の半導体ウエハ10が用いられる場合、絶縁層30は、代替の実施形態B における半導体層26の下面に亘って延びてもよい。一例として、絶縁層30は、酸化珪素、窒化珪素又はこれらの材料の積層体から形成されてもよい。絶縁層30はトレンチ16に対向する位置に開口部を含んでおり、該開口部に導電性の接着領域、すなわちボンディングパッド32が形成される。接着領域32は、接着領域24A,24B と同じ方法で、トレンチ16の導電性材料との優れた粘着力、及び接着領域32の表面に続いて形成される半田バンプの優れた保持力の両方を提供する導電性材料からなる導電性積層体から形成されてもよい。
【００３０】
図４に示されたステップでは、電子チップ36が半導体層26の下面に取り付けられる。このために、半田バンプ34が接着領域32に形成されて、電子チップ36が、半田バンプ34にはんだ付けされることにより取り付けられる。取り付けられる電子チップ36は多くの電子部品を含んでもよい。
【００３１】
半田バンプ34は、20乃至100 μm の直径を有してもよく、取り付けられる電子チップ36は、75乃至125 μm の厚さを有してもよい。電子チップ36は、半田バンプではなく、ワイヤボンディング、又はあらゆる他の公知の接続手段によって取り付けられてもよい。
【００３２】
その後、図２に示されたステップで除去された半導体ウエハ10の溝を充填するために、厚い樹脂層38が構造体の下面に堆積される。樹脂層38は、圧縮成形によって形成されることが好ましい。圧縮成形により、非常に平坦な下面を有する樹脂層38が得られる。
【００３３】
樹脂層38が十分に硬く耐性を有するために、エポキシ樹脂が選択されてもよい。更に、取り付けられた電子チップ36及び絶縁層30間の空間に樹脂を適切に浸透させるために、樹脂層38の樹脂は20μm 未満の直径を有することが好ましい。優れた剛性と、電子部品によって生じる熱の優れた散逸性とを提供するために、樹脂層38は、３乃至10GPa のヤング率と、シリコンの熱膨脹係数に近い熱膨脹係数とを有してもよい。
【００３４】
図５に示されたステップでは、電子チップ42が接着領域24B に取り付けられる。このために、半田バンプ40が接着領域24B に形成されて、電子チップ42が半田バンプ40にはんだ付けされることにより取り付けられる。一例として、半田バンプ40は、20乃至100 μm の直径を有してもよく、取り付けられる電子チップ42は、75乃至125 μm の厚さを有してもよい。図５に示されたような構造を形成することにより、電子部品を半導体ウエハ10上にのみ形成する方法と比較して、個別のチップ毎の部品密度がより大きくなる。
【００３５】
例えば150 乃至300 μm のより大きな直径を有する半田バンプ44が、接着領域24A 上に形成される。その後、樹脂層46が構造体の上面に形成される。樹脂層46は、半田バンプ44の上部分を露出させる一方、半田バンプ40及び電子チップ42の積層体を完全に覆う。このために、樹脂層46は、75乃至125 μm の厚さを有してもよい。樹脂層46によって構造体の上面を保護することが可能になる。
【００３６】
図６に示されたステップでは、図５に示された構造体の下面に、粘着ストリップ又は粘着紙48が固定される。その後、個別のチップが、例えば鋸引きにより互いに分離される。鋸引きは、個別のチップ間で構造体の厚さ全体に亘って間隙50を画定する。従来通り、図６に示されたステップの後、間隙50に樹脂を充填するステップ、その後、個別のチップに新たにスクライビングして粘着ストリップ又は粘着紙48を分離するステップが続く。それにより、スクライビングされた個別のチップの側面を保護して、封入を完了することが可能になる。個別のチップは、一つずつ取り出されて、プリント回路基板等に組み立てられる準備ができている。
【００３７】
ここに開示された方法は、電子部品が形成されている半導体ウエハの表面に取り付けられるための封入型面実装電子チップの形成に特に適している。前記方法は、更に、電子チップが半導体ウエハの前面だけでなく裏面にも取り付けられる封入型電子チップに特に適している。更に、半導体層26の下に硬化梁28を形成することにより、半導体層のあらゆる反りをも回避することが可能になる。
【００３８】
尚、この方法は、多くの変形例を有することが可能である。特に、本方法の様々なステップで述べられている様々な材料は、ここに述べられている例に限定されない。
【符号の説明】
【００３９】
10  半導体ウエハ
16  トレンチ
18  相互接続積層体
20  トラック
21  バイアホール
24A   第２のボンディングパッド、接着領域
24B   第１のボンディングパッド、接着領域
32  第３のボンディングパッド、接着領域
34  第２の半田バンプ
36  第２の電子チップ
38  第１の樹脂層
40  第２の半田バンプ
42  第１の電子チップ
44  第１の半田バンプ
46  第２の樹脂層
48  粘着ストリップ
【図１】
2011109104.tif 000003
【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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