(57)【要約】【課題】フォトリソグラフィー技術を用いることなく、ＩＣチップの裏面に放熱フィンを形成する。【解決手段】ジェットプリンティング方式により、半導体基板１の裏面に放熱フィン１１を形成するとともに、放熱フィン１１の根元を補強樹脂１２で補強する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動領域が表面に形成された半導体基板と、
前記半導体基板の裏面に放熱材を突起状に着弾させることにより形成された放熱フィンとを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記突起状に形成された放熱フィンの根元を覆うように形成された補強樹脂をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
能動領域が表面に形成された半導体基板と、
前記能動領域上に形成された応力緩衝層と、
前記応力緩衝層上に形成されたはんだボールと、
前記はんだボールと前記半導体基板上に形成されたパッドとを接続する再配置配線層と、
前記再配置配線層を保護する樹脂層と、
前記半導体基板の裏面に放熱材を突起状に着弾させることにより形成された放熱フィンとを備えることを特徴とするチップサイズパッケージ。
【請求項４】
前記突起状に形成された放熱フィンの根元を覆うように形成された補強樹脂をさらに備えることを特徴とする請求項３記載のチップサイズパッケージ。
【請求項５】
溶媒に分散された金属粉を基板上に吐出させる工程と、
前記基板上に吐出された金属粉を焼成させることにより、放熱フィンを形成する工程と備えることを特徴とする放熱フィンの製造方法。
【請求項６】
前記放熱フィンが形成された基板上に樹脂を塗布する工程と、
前記基板上に塗布された樹脂をエッチングすることにより、前記放熱フィンの先端を露出させる工程とをさらに備えることを特徴とする請求項５記載の放熱フィンの製造方法。
【請求項７】
半導体ウェハの表面に能動領域を形成する工程と、
前記能動領域上に応力緩衝層を形成する工程と、
前記半導体基板上に形成されたパッドから前記応力緩衝層上に延伸された再配置配線層を形成する工程と、
前記再配置配線層に樹脂層を形成する工程と、
前記再配置配線層を前記応力緩衝層上で露出させる開口部を、前記樹脂層に形成する工程と、
前記開口部を介して前記再配置配線層に接続するはんだボールを前記応力緩衝層上に形成する工程と、
溶媒に分散された金属粉を前記半導体ウェハの裏面に吐出させる工程と、
前記半導体ウェハの裏面に吐出された金属粉を焼成させることにより、放熱フィンを形成する工程と、
前記放熱フィンが形成された半導体ウェハをチップ状にダイシングする工程とを備えることを特徴とするチップサイズパッケージの製造方法。
【請求項８】
前記放熱フィンが形成された半導体ウェハの裏面に樹脂を塗布する工程と、
前記半導体ウェハの裏面に塗布された樹脂をエッチングすることにより、前記放熱フィンの先端を露出させる工程とをさらに備えることを特徴とする請求項７記載のチップサイズパッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置、チップサイズパッケージ、放熱フィンの製造方法およびチップサイズパッケージの製造方法に関し、特に、ＩＣ基板の裏面に放熱フィンを形成する方法に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置では、放熱性を向上させるため、フォトリソグラフィーを用いた厚膜メッキにより、ＩＣチップの裏面に放熱フィンを形成する方法があった。
図４は、従来の半導体装置における放熱フィンの形成方法を示す断面図である。
【０００３】
図４（ａ）において、スパッタまたは蒸着などの方法により、半導体基板３１の裏面に金属シード層３２を形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように、金属シード層３２が形成された半導体基板３１の裏面に樹脂層３３を形成する。そして、フォトリソグラフィー技術を用いて、樹脂層３３のパターニングを行うことにより、開口部３４を樹脂層３３に形成する。
【０００４】
次に、図４（ｃ）に示すように、金属シード層３２を陰極として、Ｃｕの電解メッキを行うことにより、開口部３４内を埋め込むようにして、Ｃｕ支柱３５を形成する。
次に、図４（ｄ）に示すように、Ｃｕ支柱３５の周りの樹脂層３３を半導体基板３１から除去することにより、Ｃｕ支柱３５から構成される放熱フィンを完成させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の放熱フィンの形成方法では、Ｃｕ支柱３５を形成するために、フォトリソグラフィー技術を用いる必要があり、コストアップの要因になるとともに、チップヘのダメージが大きいという問題があった。
そこで、本発明の目的は、フォトリソグラフィー技術を用いることなく、ＩＣチップの裏面に放熱フィンを形成することが可能な半導体装置、チップサイズパッケージ、放熱フィンの製造方法およびチップサイズパッケージの製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の半導体装置によれば、能動領域が表面に形成された半導体基板と、前記半導体基板の裏面に放熱材を突起状に着弾させることにより形成された放熱フィンとを備えることを特徴とする。
これにより、半導体基板の裏面に放熱材を吐出させることにより、半導体基板の裏面に放熱フィンを形成することが可能となる。
【０００７】
このため、半導体基板の裏面に放熱フィンを形成するために、フォトリソグラフィー技術を用いる必要がなくなり、放熱構造を有する半導体装置のコストダウンを図ることが可能となるとともに、半導体装置に与えるダメージを軽減させて、半導体装置の信頼性を向上させることが可能となる。
また、請求項２記載の半導体装置によれば、前記突起状に形成された放熱フィンの根元を覆うように形成された補強樹脂をさらに備えることを特徴とする。
【０００８】
これにより、半導体基板の裏面に補強樹脂を塗布することで、放熱フィンを支えることが可能となり、コストアップを抑制しつつ、放熱フィンの脱落を防止することが可能となる。
また、請求項３記載のチップサイズパッケージによれば、能動領域が表面に形成された半導体基板と、前記能動領域上に形成された応力緩衝層と、前記応力緩衝層上に形成されたはんだボールと、前記はんだボールと前記半導体基板上に形成されたパッドとを接続する再配置配線層と、前記再配置配線層を保護する樹脂層と、前記半導体基板の裏面に放熱材を突起状に着弾させることにより形成された放熱フィンとを備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、ジェットプリンティング方式を用いて、半導体基板の裏面に放熱フィンを形成することが可能となるともに、半導体基板をフェースダウンでマザー基板上に実装することで、能動領域の封止を図りつつ、放熱性を確保することが可能となる。
このため、フォトリソグラフィー技術を用いることなく、半導体装置の放熱構造を形成することが可能となるとともに、半導体装置の信頼性を確保しつつ、実装密度の向上を図ることが可能となり、半導体装置の低コスト化・小型軽量化・高信頼性化を実現することができる。
【００１０】
また、請求項４記載のチップサイズパッケージによれば、前記突起状に形成された放熱フィンの根元を覆うように形成された補強樹脂をさらに備えることを特徴とする。
これにより、チップサイズパッケージの裏面に補強樹脂を塗布することで、放熱フィンを支えることが可能となり、コストアップを抑制しつつ、放熱フィンの脱落を防止することが可能となる。
【００１１】
また、請求項５記載の放熱フィンの製造方法によれば、溶媒に分散された金属粉を基板上に吐出させる工程と、前記基板上に吐出された金属粉を焼成させることにより、放熱フィンを形成する工程と備えることを特徴とする。
これにより、ジェットプリンティング方式を用いることにより、基板裏面に放熱フィンを形成することが可能となり、基板裏面に放熱フィンを形成するために、フォトリソグラフィー技術を用いる必要がなくなることから、放熱構造のコストダウンを図ることが可能となる。
【００１２】
また、請求項６記載の放熱フィンの製造方法によれば、前記放熱フィンが形成された基板上に樹脂を塗布する工程と、前記基板上に塗布された樹脂をエッチングすることにより、前記放熱フィンの先端を露出させる工程とをさらに備えることを特徴とする。
これにより、放熱フィンからの熱放散性を確保しつつ、放熱フィンを支えることが可能となり、コストアップを抑制しつつ、放熱フィンの脱落を防止することが可能となる。
【００１３】
また、請求項７記載のチップサイズパッケージの製造方法によれば、半導体ウェハの表面に能動領域を形成する工程と、前記能動領域上に応力緩衝層を形成する工程と、前記半導体基板上に形成されたパッドから前記応力緩衝層上に延伸された再配置配線層を形成する工程と、前記再配置配線層に樹脂層を形成する工程と、前記再配置配線層を前記応力緩衝層上で露出させる開口部を、前記樹脂層に形成する工程と、前記開口部を介して前記再配置配線層に接続するはんだボールを前記応力緩衝層上に形成する工程と、溶媒に分散された金属粉を前記半導体ウェハの裏面に吐出させる工程と、前記半導体ウェハの裏面に吐出された金属粉を焼成させることにより、放熱フィンを形成する工程と、前記放熱フィンが形成された半導体ウェハをチップ状にダイシングする工程とを備えることを特徴とする。
【００１４】
これにより、ジェットプリンティング方式を用いて、半導体ウェハの裏面に放熱フィンを一括形成することが可能となるともに、チップサイズパッケージをフェースダウンでマザー基板上に実装することで、能動領域の封止を図りつつ、放熱性を確保することが可能となる。
このため、ジェットプリンティング方式を用いて、放熱フィンを形成する場合においても、チップサイズパッケージを個々に取り扱う必要がなくなり、放熱フィンを効率よく形成することが可能となるとともに、半導体装置の信頼性を確保しつつ、実装密度の向上を図ることが可能となり、半導体装置の低コスト化・小型軽量化・高信頼性化を実現することができる。
【００１５】
また、請求項８記載のチップサイズパッケージの製造方法によれば、前記放熱フィンが形成された半導体ウェハの裏面に樹脂を塗布する工程と、前記半導体ウェハの裏面に塗布された樹脂をエッチングすることにより、前記放熱フィンの先端を露出させる工程とをさらに備えることを特徴とする。
これにより、半導体ウェハの裏面に補強樹脂を一括して塗布することが可能となり、放熱フィンの補強構造を形成する場合においても、チップサイズパッケージを個々に取り扱う必要がなくなることから、コストアップを抑制することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る放熱フィンの製造方法について、チップサイズパッケージを例にとって説明する。
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るチップサイズパッケージの概略構成を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【００１７】
図１において、半導体基板１上には、能動領域に接続された配線層２が形成され、配線層２にはパッド３が形成されている。
また、半導体基板１上に形成された能動領域上には、パッド３が露出するようにして応力緩和層４が形成され、パッド３上には、応力緩和層４上に延伸された再配置配線５が形成されている。
【００１８】
ここで、再配置配線５は、例えば、ＴｉＷスパッタ配線層５ａ、Ｃｕスパッタ配線層５ｂおよびＣｕメッキ配線層５ｃの３層構造から構成することができる。
また、再配置配線５上にはソルダレジスト膜７が形成され、ソルダレジスト膜７には、応力緩和層４上において再配置配線５を露出させる開口部８が形成されている。
【００１９】
そして、ソルダレジスト膜７上には、はんだボール９が形成され、はんだボール９は、ソルダレジスト膜７に形成された開口部８を介して再配置配線５と接続されている。
さらに、ソルダレジスト膜７上には、はんだボール９の根元を補強する補強樹脂層１０が形成されている。
【００２０】
また、半導体基板１の裏面には、放熱フィン１１が形成され、放熱フィン１１の根元は、補強樹脂１２により補強されている。
ここで、放熱フィン１１は、ジェットプリンティング方式により、半導体基板１の裏面に放熱材を突起状に着弾させることにより形成することができる。
また、補強樹脂１２は、スピンコートまたは印刷などの方法により、半導体基板１の裏面に樹脂を塗布した後、放熱フィン１１の先端部分に付着した樹脂をスパッタなどを用いてエッチングすることにより形成することができる。
【００２１】
これにより、フォトリソグラフィー技術を用いることなく、放熱フィン１１を形成することが可能となるとともに、ジェットプリンティング方式により形成された放熱フィン１１を補強することができ、放熱構造を有するチップサイズパッケージのコストダウンを図ることが可能となる。
なお、放熱フィン１１の材質としては、例えば、焼成されたＣｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇなどの金属粉または金属ペーストなどを用いることができ、補強樹脂１２の材質としては、例えば、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などを用いることができる。
【００２２】
また、放熱フィン１１の高さＨは、例えば、数十〜数百μｍ程度とすることができ、放熱フィン１１の幅Ｗは、例えば、数百μｍ程度とすることができる。また、補強樹脂１２の厚みＴは、例えば、数十μｍ程度とすることができる。
図２は、本発明の一実施形態に係るチップサイズパッケージの製造方法を示す断面図である。
【００２３】
図２（ａ）において、配線層２およびパッド３が形成された半導体基板１上に、ポリイミドなどの樹脂膜を塗布し、フォトリソグラフィー技術を用いて樹脂膜のパターニングを行うことにより、パッド３が露出された応力緩和層４を形成する。
そして、スパッタにより、応力緩和層４が形成された半導体基板１上に、ＴｉＷスパッタ膜およびＣｕスパッタ膜を順次積層した後、メッキレジスト膜を塗布する。
【００２４】
そして、フォトリソグラフィー技術を用いることにより、再配置配線５に対応する開口部をメッキレジスト膜に形成し、この開口部を介して電解銅メッキを行うことにより、Ｃｕメッキ配線層５ｃを形成する。
そして、メッキレジスト膜を除去し、Ｃｕメッキ配線層５ｃをマスクとして、Ｃｕスパッタ膜およびＴｉＷスパッタ膜を順次エッチングすることにより、Ｃｕスパッタ配線層５ｂおよびＴｉＷスパッタ配線層５ａを形成し、再配置配線５を完成させる。
【００２５】
そして、再配置配線５上にソルダレジスト膜７を塗布し、フォトリソグラフィー技術を用いることにより、応力緩和層４上において再配置配線５を露出させる開口部８をソルダレジスト膜７に形成する。
そして、この開口部８を介して再配置配線５に接続されたはんだボール９をソルダレジスト膜７上に形成し、補強樹脂１０を全面に塗布した後、スパッタにより、はんだボール９を露出させることにより、はんだボール９の根元を補強する。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、ジェットプリンティング方式により、例えば、Ｃｕなどの金属粉がアルコールなどの溶媒に分散された液滴１４をノズル１３から吐出させ、この液滴１４を半導体基板１の裏面に突起状に着弾させる。
そして、熱処理などを行うことにより、液滴１４に含まれる溶媒を蒸発させて金属粉を固化し、放熱フィン１１を形成する。
【００２７】
次に、図２（ｃ）に示すように、スピンコートまたは印刷などにより、放熱フィン１１が形成された半導体基板１の裏面に補強樹脂１２を塗布した後、スパッタにより、放熱フィン１１の先端を露出させることにより、放熱フィン１１の根元を補強する。
図３は、本発明の一実施形態に係るジェットプリンティング装置の概略構成を示す斜視図である。
【００２８】
図３において、ジェットプリンティング装置には、駆動機構２１、タンク２２ａ〜２２ｃ、ジェットプリント式記録ヘッド２４ａ〜２４ｃ、制御回路２７および固化装置２８が設けられている。
ここで、駆動機構２１は、ジェットプリント式記録ヘッド２４ａ〜２４ｃをＸ軸方向およびＹ軸方向に駆動するもので、ジェットプリント式記録ヘッド２４ａ〜２４ｃをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させるモータ２５、２６が設けられている。
【００２９】
タンク２２ａ〜２２ｃは、金属流体２３ａ〜２３ｃを貯留するもので、タンク２２ａ〜２２ｃは、ジェットプリント式記録ヘッド２４ａ〜２４ｃに接続されている。
なお、タンク２２ａ〜２２ｃに貯留する金属流体２３ａ〜２３ｃとしては、Ａｌなどの金属を融点以上に熱して流動性を与えたものを用いることもできるし、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属微粒子が溶媒に分散された溶液を用いることもできる。さらに、ＡｇペーストやＣｕペーストなどの金属ペーストなどを用いるようにしてもよいし、ＡｌやＣｕなどの複数の金属微粒子を混合させて用いるようにしてもよい。
【００３０】
また、ジェットプリント式記録ヘッド２４ａ〜２４ｃは、金属流体２３ａ〜２３ｃを半導体ウェハＷの裏面に吐出するもので、ジェットプリント式記録ヘッド２４ａ〜２４ｃには、金属流体２３ａ〜２３ｃからなる液滴１４を半導体ウェハＷの裏面に吐出するためのノズル１３が設けられている。
ここで、ノズル１３は、圧電体素子による体積変化に基づいて、金属流体２３ａ〜２３ｃからなる液滴１４を吐出するように構成してもよいし、発熱体による熱膨張に基づいて、金属流体２３ａ〜２３ｃからなる液滴１４を吐出するように構成してもよい。
【００３１】
また、制御回路２７は、駆動機構２１、ジェットプリント式記録ヘッド２４ａ〜２４ｃおよび固化装置２８を制御する。
また、固化装置２８は、ジェットプリント式記録ヘッド２４ａ〜２４ｃから半導体ウェハＷの裏面に吐出された金属流体２３ａ〜２３ｃを固化する。
そして、半導体ウェハＷの裏面に放熱フィン１１を形成する場合、例えば、Ｃｕなどの金属粉が溶媒に分散された金属流体２３ａ〜２３ｃをタンク２２ａ〜２２ｃに充填する。
【００３２】
そして、半導体ウェハＷの裏面をジェットプリント式記録ヘッド２４ａ〜２４ｃに向けて配置し、金属流体２３ａ〜２３ｃの吐出指令を制御回路２７に与える。
すると、制御回路２７は、駆動信号Ｓｘ、Ｓｙをモータ２５、２６に送るとともに、吐出信号Ｓｈａ〜Ｓｈｃをジェットプリント式記録ヘッド２４ａ〜２４ｃに送ることにより、ジェットプリント式記録ヘッド２４ａ〜２４ｃをＸ軸方向およびＹ軸方向に走査させつつ、ジェットプリント式記録ヘッド２４ａ〜２４ｃから液滴１４を吐出させる。
【００３３】
ここで、モータ２５、２６は、制御回路２７から駆動信号Ｓｘ、Ｓｙを受け取ると、駆動機構２１を介して、ジェットプリント式記録ヘッド２４ａ〜２４ｃをＸ軸方向およびＹ軸方向に走査させる。
また、ジェットプリント式記録ヘッド２４ａ〜２４ｃは、制御回路２７から吐出信号Ｓｈａ〜Ｓｈｃを受け取ると、ノズル１３を介して液滴１４を吐出する。
【００３４】
また、制御回路２７は、必要に応じて制御信号Ｓｐを固化装置２８に送る。すると、固化装置２８は、半導体ウェハＷの裏面に着弾した液滴１４に対し、物理的または化学的な処理を施す。
ここで、物理的または化学的な処理としては、例えば、冷風の吹き付けによる乾燥処理、ランプ照射による再加熱・アニール処理、化学物質の投与による化学変化処理などを挙げることができる。
【００３５】
これにより、ノズル１３を介して吐出された金属粉を半導体ウェハＷの裏面上で焼成することができ、ジェットプリンティング方式により、半導体ウェハＷの裏面に放熱フィン１１を形成することができる。
そして、ジェットプリンティング方式により、半導体ウェハＷの裏面に放熱フィン１１が形成されると、半導体ウェハＷをチップ状にダイシングする。
【００３６】
これにより、放熱フィン１１を有する複数のチップサイズパッケージを一括して形成することができ、放熱構造を有するチップサイズパッケージのコストダウンを図ることが可能となる。
なお、上述した実施形態では、チップサイズパッケージを例にとって説明したが、チップサイズパッケージ以外に適用してもよく、例えば、ＢＧＡやモールドパッケージなどに適用してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体基板の裏面に放熱材を着弾させることにより、ジェットプリンティング方式を用いて、半導体基板の裏面に放熱フィンを形成することが可能となり、放熱構造を有する半導体装置のコストダウンを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るチップサイズパッケージの概略構成を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るチップサイズパッケージの製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るジェットプリンティング装置の概略構成を示す斜視図である。
【図４】従来の半導体装置における放熱フィンの形成方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１  半導体基板、２  配線層、３  パッド、４  応力緩和層、５  再配置配線、５ａ  ＴｉＷスパッタ配線層、５ｂ  Ｃｕスパッタ配線層、５ｃ  Ｃｕメッキ配線層、７  ソルダレジスト、８  開口部、９  はんだボール、１０、１２  補強樹脂、１１  放熱フィン、１３  ノズル、２１  駆動機構、２２ａ〜２２ｃ  タンク、２３ａ〜２３ｃ  流動体、２４ａ〜２４ｃ  ジェットプリント式記録ヘッド、２５、２６  モータ、２７  制御回路、２８  固化装置、Ｓｘ、Ｓｙ  駆動信号、Ｓｐ  制御信号、Ｓｈａ〜Ｓｈｃ  吐出信号、Ｗ  ウェハ
【図１】
2004179507.tif 000003
【図２】
2004179507.tif 000004
【図３】
2004179507.tif 000005
【図４】
2004179507.tif 000006