(57)【要約】      （修正有）【課題】ダメージからシリコンチップを保護し、信頼性テストにおけるパッケージング性能およびライフサイクルを向上させる保護膜を備えたパッケージ構造体を提供する。【解決手段】ウェーハレベルパッケージは、その上に形成される複数のダイスを有するウェーハ５と、パッケージの熱伝導性を向上させるために接着剤３によってウェーハ５に固着され、中に形成されるトレンチ２３を備える薄い金属カバー１とを備える。保護膜２が金属カバー１の背面上に形成されトレンチ２３内に充填されることによって、レーザマーキングを促進させより良好なパッケージの鋸による切断性を達成する。【選択図】図６
2008177548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中に形成されるトレンチを有し、上に形成される複数のダイスを有するウェーハと、
前記複数のダイスの上に形成され、前記複数のダイスのパッドを露出するために前記トレンチ内に充填される誘電層と、
接着剤によって前記ウェーハ上に固着される金属層と、
前記金属層の背面に形成される保護膜と、
前記誘電層の上に形成され、前記パッドに接続される導電トレースと、
前記導電トレースの一部を露出するために、前記導電トレースおよび前記誘電層の上を覆うソルダーマスクと、
前記露出部分上に形成され、前記導電トレースに接続されるソルダーボールと
を備えるウェーハレベルパッケージ。
【請求項２】
前記金属基板が、合金４２（４２％Ｎｉ、５８％Ｆｅ）を有する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項３】
前記保護膜の材料が、エポキシ樹脂、合成物、誘電層、シリコン、ブルーテープ、ＵＶテープ、シリコンゴム、シリコン樹脂、弾性ＰＵ、多孔性ＰＵまたはアクリルゴムを有する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項４】
前記保護膜が、レーザまたはインクによるマーキングが可能である、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項５】
中に形成されるトレンチを有し、上に形成される複数のダイスを有するウェーハと、
中に形成されるトレンチを備え、接着剤によって前記ウェーハに固着される基板と、
前記基板の背面に形成され、前記トレンチ内に充填される保護膜と、
前記複数のダイスの上に形成され、前記複数のダイスのパッドを露出するために前記トレンチの中に充填される誘電層と、
前記誘電層の上に形成され、前記パッドに接続される導電トレースと、
前記導電トレースの一部を露出するために、前記導電トレースおよび前記誘電層の上を覆うソルダーマスクと、
前記露出部分上に形成され、前記導電トレースに接続されるソルダーボールと
を備えるウェーハレベルパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体パッケージに関し、より詳細には、パッケージの熱伝導性および鋸による切断性を向上させるために、中のシリコンウェーハの背面上に形成される金属カバーおよび保護膜を備えることにより、信頼性テストにおけるパッケージング性能およびライフサイクルを向上させるウェーハレベルパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、チップ内の回路デバイスが高密度に製造されるため、小型の半導体デバイスを形成することが趨勢になってきている。ＩＣ（集積回路）設計者等は、各デバイスのサイズを小型化し、ユニットエリアごとでのチップ集積化を強化するようになってきている。一般に半導体デバイスは、湿気および機械的損傷から保護される必要がある。構造体はパッケージ技術を包含する。この技術において、半導体のダイまたはチップは通常、プラスチックまたはセラミックパッケージ内に個別にパッケージされる。パッケージは、ダイを保護しデバイスによって生成される熱を拡散させるために必要とされる。したがって、熱消散は、半導体デバイス、特にパワーおよびデバイスの性能の向上において極めて重要である。
【０００３】
さらに、従来のパッケージはまた、チップの全機能性テストを行うのに使用される。各デバイスをできる限り小さく維持することが重要である。近年、より多くの数の入出力ピンを備えたパッケージの開発が高い注目を集めてきている。解法の１つは、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）および組立技術を備えたデバイスを開発することである。高密度ハイブリッドの新たな要求は、より多くの数の電気接続が要求されることにより退けられるため、デジタルシステムのクロックレートが増加している。
【０００４】
どのタイプのパッケージングであれ、たいていのパッケージングは、パッケージされる前に個々のチップに分離される。しかしながら、ウェーハレベルでのパッケージングは、半導体パッケージングにおける傾向となっている。一般には、ウェーハレベルパッケージは、単一のチップまたはダイを使用せずにウェーハ全体を1つの対象として使用する。したがって、ケガキ処理を施す前に、パッケージングおよびテストを完了させなければならない。これは進歩した技術であり、ワイヤボンディング、モールド、ダイマウントおよび組立てを省略することができ、同様にリードフレームおよび基板を省略することができる。したがって、費用および製造時間が短縮される。一方、従来のパッケージングにおける工程は、鋸によるダイ切断、ダイマウンティング、ワイヤボンディング、モールディング、トリミング、マーキング、プレーティングおよび検査等を含む。
【０００５】
初期のリードフレームパッケージ技術は、そのターミナル密度が高すぎるため、進歩した半導体ダイスにはすでに適さない。したがって、進歩した半導体ダイスに対するパッケージング要求を満たすために、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）の新規のパッケージ技術が開発されている。ＢＧＡパッケージは、球形ターミナルがリードフレームパッケージのものより短いピッチを有する点で有利であり、ＢＧＡのターミナルはダメージを受けたり、変形しにくい。さらに、信号伝達距離が短くなることで作動頻度が上がり、より迅速な効率に対する要望を満たすことになる。大抵のパッケージング技術は、ウェーハ上のダイスをそれぞれのダイスに分離し、次いでダイをそれぞれパッケージしテストする。「ウェーハレベルパッケージ（ＷＬＰ」と呼ばれる別のパッケージ技術は、ダイスをそれぞれ個別のダイに分離する前に、ウェーハ上でダイスをパッケージすることができる。ＷＬＰ技術には、生成サイクル時間が短縮される、費用が安くなる、アンダーフィルまたはモールディングが不要であるなどのいくつかの利点がある。
【０００６】
したがって、本発明は、ウェーハレベルパッケージのダイスの歩留まりおよび信頼性を向上させるウェーハレベルパッケージを提供する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術の欠点を鑑みて、本発明は、ダメージからシリコンチップを保護し、信頼性テストにおけるパッケージング性能およびライフサイクルを向上させる保護膜を備えたパッケージ構造体を提供する。
【０００８】
本発明の目的は、優れた熱伝導性、および金属、好ましい金属として、ＣＴＥ（熱膨張係数）がシリコンウェーハに近いことから、パッケージのカバー層として作用する合金４２（Ｎｉ４２％とＦｅ５８％）を使用する機械的保護を備えたパッケージを提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、製造可能なより薄型のパッケージを提供することであり、本発明の趣旨は、ウェーハレベルパッケージおよびその工程を開示することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、ウェーハレベルバーンインテストおよび最終テストに適合するパッケージを形成することである。
【００１１】
本発明は、その上に形成される複数のダイスを有し、中に形成されるトレンチを有するウェーハと、複数のダイスの上に形成され、複数のダイスのパッドを露出するためにトレンチ内に充填される誘電層と、接着剤によってウェーハ上に固着される金属層と、金属層の背面に形成される保護膜と、誘電層の上に形成され、パッドに接続される導電トレースと、導電トレースの一部を露出するために、導電トレースおよび誘電層の上を覆うソルダーマスクと、露出部分（ＵＢＭ）上に形成され、導電トレースに接続される半田付け金属であるアンダーボール冶金（ＵＢＭ）とを有するウェーハレベルパッケージを含む。
【００１２】
別の実施形態において、本発明は、その上に形成される複数のダイスを有し、中に形成されるトレンチを有するウェーハと、中に形成されるスクライブライン上にトレンチを備え、接着剤によってウェーハ上に固着されるより厚みのある基板（スクライブライン上のトレンチは、ウェーハ上に固着された後形成されてよい）と、基板の背面に形成されトレンチ内に充填される保護膜と、複数のダイスの上に形成され、複数のダイスのパッドを露出させるためにウェーハ上のトレンチ内に充填される誘電層と、誘電層の上に形成されパッドに接続される導電トレースと、導電トレースの一部を露出するように導電トレースおよび誘電層の上を覆うソルダーマスクと、露出部分（ＵＢＭ）上に形成され、導電トレースに接続される半田付け金属であるＵＢＭとを有するウェーハレベルパッケージを開示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のいくつかの実例の実施形態を以下により詳細に記載する。しかしながら、本発明は、明確に記載されたもの以外の他の実施形態の広範な範囲において実施することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲で特定されるものを除いて特に限定されるものではないことを理解されたい。次いで異なる要素の構成要素は、縮尺どおりには示されていない。本発明をより明確に記載し理解するために、関連する構成要素のいくつかの寸法は拡大されており、余り意味のない部分は描かれていない。  
本発明は、ウェーハレベルパッケージおよびウェーハレベルパッケージ構造体を形成する新規の方法を開示する。詳細な記載は以下に記述する通りである。記載および図面は本発明の実施形態を示しているが、本発明は実施形態によって限定されるものではない。まず、加工されたウェーハの背面（または第１面）がグラインダーなどによって最初に研磨または研削される。好ましくは、複数のダイスを有する加工ウェーハの厚さは、約２から６ミリなどの所望の厚さまでラップされる。続いて、ウェーハ５の背面、すなわち基板１の上に接着剤層３が形成される。例えば、接着剤層３の形成方法はプリンティングまたはコーティング法を採用する。接着剤はエポキシ樹脂、シーリンググルー、水溶性ＵＶグルー、再加工可能ＵＶグルー、シリコン樹脂、シリコンゴム、弾性ＰＵ、多孔性ＰＵ、アクリルゴム、ブルーテープまたはＵＶテープを有する。好ましい実施形態では、基板１の材料は、合金４２（４２％のＮｉと５８％のＦｅの混合物）などの金属を有する。次に、限定するものではないが接着剤を含む任意の好適な物質３を使用して、図１に示すように加工ウェーハ５および合金４２基板１のボンディングが行われ、次いでこの基板を硬化させる。合金４２の基板１は、従来技術などで開示されているラミネートまたはボンディング工程を使用して接着することができる。好ましくは合金４２基板１の厚さは、およそ２から４ミリである。しかしながら実際の合金４２基板１の厚さは、工程の他のパラメータに左右される。石英またはセラミックを合金４２基板１の代わりにしてもよい。ラミネート工程で使用される選択された物質は、シリコンのものと近い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。典型的には、シリコンのＣＴＥは約３である。合金４２の主要な特性としては、約４．０から４．７（ｐｐｍ／℃）のＣＴＥ、約１２（Ｗ／ｍ−℃）の熱伝導性、約７０（μΩ−ｃｍ）の電気抵抗、および約６２０（ＭＰａ）の降伏曲げ疲れ強度を有することである。合金４２などの特定の合金は、その熱膨張係数がセラミックのものとほぼ一致すること、およびその高い成形性により広く支持されてきた。上記のように、これらの物質両方の熱膨張係数は、２．３ｐｐｍ／℃のシリコンの熱膨張係数およびセラミック基板（３．４から７．４ｐｐｍ／℃）の熱膨張係数に良好に一致する。合金４２は、たいていの銅合金がわずか３８０−５５０ＭＰａであるのに対して、６２０ＭＰａの高い疲れ強度を有する。基板材料は、信号の電気経路として作用するように導電性であってよい。さらに材料は、材料の電気抵抗を増大させ、電気的不全を引き起こし、また機械的破壊につながる恐れのある腐食に対する耐性がなければならない。本発明の材料は、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｆｅ合金、Ｃｕ−Ｃｒ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金またはＣｕ−Ｓｎ合金などを有してよい。
【００１４】
次いで、加工ウェーハ５の表面領域にフォトレジスト（ＰＲ）層が塗布され、スクライブライン７の上のフォトレジスト層が露出する。チップを分離するためのフォトレジストの現像工程後、特定のパターンを有するフォトレジストマスク（図示せず）を使用してウェーハ（すなわちシリコン）５をエッチングする。好ましくはフォトレジストマスクの開口がウェーハ５の表面上に形成されるスクライブライン７と整列することにより、スクライブラインが露出する。好ましい実施形態において、このステップによって生成されるトレンチ９が緩やかに傾斜するように、シリコンウェーハ５はウェットエッチングを使用してエッチングされる。従来技術で知られるように、エッチングのレシピを調整することによって、上記の結果は容易に得ることができる。上記の２つのステップは、のこぎり歯によるダイシング機械工程で置き換えることができる。
【００１５】
図２に戻ると、次いでウェーハ５の第２面（頂部）上に例えば、ＢＣＢ、ＳIＮＲ（シロキサンポリマー）、エポキシ、ポリイミド、シリコンゴムベースまたは樹脂などの材料であってよい誘電層１１が形成され、スクライブライン７内に充填され、これは好ましくはプリンティング、真空コーティング工程によって行われる。このステップは典型的に使用されるテープの形成と同様である。真空コーティング誘電層工程は、誘電層１１内に気泡が形成されるのを防ぎ、誘電層１１は自動的にトレンチ９内を充填する。次いで、誘電層１１を硬化させるために紫外線照射を使用して硬化ステップが行われる。あるいは、熱工程を使用して物質を硬化させてもよい。ウェーハ回路領域の誘電層１１を研削するために、化学機械研磨（ＣＭＰ）工程が任意に使用される。
【００１６】
次に、誘電層１１表面領域上にフォトレジスト（ＰＲ）層が塗布され、次いでフォトリソグラフィ工程を採用してＡｌボンディングパッド１３上のフォトレジスト層を露光させる。Ａｌボンディングパッド１３を露出させる目的で開口を形成するために、誘電層１１の一部を除去するエッチング工程が行われ、これにより誘電層１１中に複数の開口１５が形成され、図３に示すようにダイス（チップ）のパッド１３と整列する。Ａｌパッドを開放する他の方法は、誘電層１１がフォトセンシティブ物質である場合、フォトリソグラフィ工程を使用する。その結果チップ上のパッド１３が露出する。Ａｌボンディングパッド１３を洗浄するために、プラズマエッチングが施される。アライメントマークは、次のアライメントのために、アライメントツールに対して可視的である。さらに、誘電層１１は、耐湿性の特徴を呈する。
【００１７】
その後、図４に示すように、誘電層１１の上面上に導電トレースレイアウトまたはいわゆるパッド回路再配置が準備される。再配置導電トレース１７は、金属、合金などの任意の導電層で構成されてよい。一般的な工程において、開口１５内およびボンディングパッド１３の上に、例えばＴｉ／ＣｕまたはＴｉ／Ｗ／Ｃｕ合金などの原材料を使用してシード層をスパッタするなどして、障壁シード層が形成される。シード層の頂部にフォトレジストが塗布され、次いでフォトマスクがＲＤＬ導電層パターンを画定する。例えば、Ｃｕ／ＡｕまたはＣｕ／Ｎｉ／Ａｕ合金などの原材料を使用する電気めっき法を採用することによって、シード層上にＲＤＬトレースが形成される。次いでフォトレジストが剥がされ、ＲＤＬ金属トレースを形成するために金属ウェットエッチングが施される。後の段階で導入されるソルダーバンプを適切な配置およびピッチで形成するために、障壁層の上に形成されるように、再配置層（ＲＤＬ）が再配置されてよい。従来技術によって知られるように、再配置導電トレース１７の一部は、電気接続する目的でパッド１３に接触する。
【００１８】
さらに図４に戻ると、ＲＤＬ導電トレース１７を保護するために隔離する目的で、誘電層１１およびＲＤＬ導電トレース１７を覆うためにソルダーマスク誘電層１９（頂部保護層）を堆積させる。誘電層１９はプリンティングまたはコーティングによって形成することができ、次いでソルダーパッドを画定するために、フォトリソグラフィ工程を採用してフォトマスクを形成する。フォトリソグラフィ工程を施して、ソルダーパッドを形成するために再配置層トレースを露出させる第２の開口を形成するために誘電層１９の一部が除去される。次にソルダーパッドのプラズマ洗浄が行われてよい。ＲＤＬトレース１７を形成するための上記の工程は、多層金属再配置ＵＢＭ構造体を形成するために繰り返されてよい。この手法において、ＵＢＭの形状は主としてパターン形成された誘電層１９によって画定され、応力補償層（ＳＣＬ）として機能するように任意でウェーハ上にフォト限定エポキシが塗布される。
【００１９】
ソルダーマスク１９は、ＲＤＬ導電トレース１７の所望の部分を露出させ、ＲＤＬ導電トレース１７の露出した領域は、電気接続ターミナルとしてソルダーボールを配置するために事前設定される。事前設定領域上のプリントソルダー２１に対してソルダーペーストプリンティング工程が施され、ソルダー２１はＲＤＬ導電トレース１７に接触する（ＵＢＭを介して、ＵＢＭ部は図中に示されていない）。次いでソルダー２１は、図５に示すように、ターミナルコンタクターとして球形状になるように従来技術に知られた温度でＩＲリフローを利用する。半導体ダイ５は、パッド回路または導電トレース１７によってソルダーボール２１に結合される。ソルダーボール２１は、典型的なボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）技術によって形成することができる。好ましくはソルダーボール２１は、マトリクス形態で構成される。典型的には、ソルダーボール２１は、電気接続を確立するために回路に接続される。
【００２０】
続いてウェーハはウェーハレベルテストおよび／またはバーンインテストのためにテスト装置にセットされる。ウェーハレベルパッケージ（ＷＬＰ）テストの後スクライブライン２２を切断してダイスを分離するために、鋸による切断工程が次に行われ、チップスケールパッケージ（ＣＳＰ）を実現する。基板１の厚みがより薄いパッケージ構造体では、パッケージのカバー層を形成するために、図５に示すように合金４２基板１の背面に、エポキシ樹脂、合成物、誘電層、シリコン、シリコンゴム、シリコン樹脂、弾性ＰＵ、多孔性ＰＵ、アクリルゴム、ブルーテープまたはＵＶテープ材料で形成されてよい保護膜２をプリントするために処理が進められ、これはレーザマーキングを促進させ、より良好な鋸切断性を実現する。例えば、金属層１の厚みは、約２．０ミリから４．０ミリである。保護膜２はレーザまたはインクによるマーキングが可能である。好ましい実施形態において、保護膜２の材料は、樹脂、合成物、誘電層、シリコン、ブルーテープ、ＵＶテープ、シリコンゴム、シリコン樹脂、弾性ＰＵ、多孔性ＰＵまたはアクリルゴムを有する。最後に、ダイシング（レーザ）鋸が、パッケージを分離するためにスクライブライン２２に沿って合金４２基板１を備える加工ウェーハの切断を容易にする。
【００２１】
さらに、厚みのより厚い基板１を備えるパッケージ構造体を含む別の好ましい実施形態において、合金４２基板１の背面にフォトレジストが塗布され、次いでスクライブライン２２上のフォトレジストを露光させることによって、基板１の上に事前設定パターンを形成し、その間に事前設定パターンが形成された開口をスクライブライン上に形成する。次に、ダイシングを促進するためにその上にトレンチ２３を形成するために、スクライブライン２２上の合金４２基板１の薄くなった厚みに対してウェットエッチングが施され、これにより良好な鋸切断性を創造する。次いでプリンティング、コーティング、タッピング、またはモールディング法によって、例えば樹脂、合成物、誘電層、シリコン、シリコンゴム、シリコン樹脂、弾性ＰＵ、多孔性ＰＵ、アクリルゴム、ブルーテープまたはＵＶテープ材料で形成される保護膜２を合金４２基板１の背面に形成し、パッケージのカバー層を形成するために保護層がトレンチ２３内を充填するように、この処理が進められる。例えば、トレンチ２３の深さは、約２．０ミリから１０．０ミリである。この実施形態において、スクライブライン上のより厚い基板１は、先行する実施形態と同様により薄い層になるようにエッチングされ、トレンチ２３はカバー材の中に充たされるので、このような構造体も、レーザマーキングを促進し、パッケージのより良好な鋸切断性を創造する。同様に、パッケージを分離するために、ダイシング（レーザ）鋸が、スクライブライン２２に沿った加工ウェーハを切断する。
【００２２】
結論として、本発明の構造体および工程は、ダメージからのシリコンチップの保護、材料の非脆弱性、良好な熱伝導性、シリコン基板（２．６）に近いＣＴＥ（から４．１）の合金４２の使用、チップの完全なパッケージング、パッケージの薄型化が可能、多層のＲＤＬ導電層を含めたいくつかの有利な点を有する。したがって、本発明の金属カバーを備えたＷＬ−ＣＳＰの構造体および工程は、信頼性テストにおけるパッケージング性能およびライフサイクルを向上させることができる。
【００２３】
当業者に理解されるように、本発明の前述の好ましい実施形態は本発明を例示するものであり、本発明を限定するものではない。添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれる種々の修正および同様の構成を包含することを意図しており、このような修正および同様の構造体をすべて包含するように、その範囲は広範に解釈を与えられるべきである。したがって、本発明の好ましい実施形態を示し記載してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変形をそこに行うことができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による接着剤でウェーハ上に固着された金属層の該略図である。
【図２】本発明による複数のダイスの上に形成されトレンチ内に充填される誘電層の該略図である。
【図３】本発明による複数のダイスのパッドを露出するために、複数のダイスの上に形成される誘電層の該略図である。
【図４】本発明による導電トレース上を覆うソルダーマスクおよび導電トレースの露出した一部の上に形成されるソルダーボールの該略図である。
【図５】本発明による金属カバー層の背面に形成される保護膜の概略図である。
【図６】本発明による金属カバー層の背面に形成される保護膜の概略図である。
【図１】
2008177548.tif 000003
【図２】
2008177548.tif 000004
【図３】
2008177548.tif 000005
【図４】
2008177548.tif 000006
【図５】
2008177548.tif 000007
【図６】
2008177548.tif 000008
【外国語明細書】
2008177548000001.pdf