(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路面側にパッドを有する半導体基板と、このパッドと電気的に接続される再配線と、前記再配線と電気的に接続される突起電極と、前記パッド及び前記配線とを封止する樹脂封止とを備えた半導体装置の製造方法であって、充填材粒子を混練した樹脂材を前記半導体基板の回路面全体に塗布する第１の工程と、樹脂材が塗布された半導体基板に、その回路面側から裏面側へ向う遠心力を印加して樹脂材に混練されたシリカ粒子を強制的に沈降させる第２の工程と、この第２の工程によって、下層に分布する充填材粒子の密度を上げ、上層に分布する充填材粒子の密度を下げられた樹脂材を硬化させて前記封止樹脂層を形成する第３の工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
回路面側にパッドを有する半導体基板と、このパッドと電気的に接続される再配線と、前記再配線と電気的に接続される突起電極と、前記パッド及び前記配線とを封止する樹脂封止とを備えた半導体装置の製造方法であって、シリカ粒子を混練した樹脂材を前記半導体基板の回路面全体に塗布する第１の工程と、樹脂材が塗布された半導体基板に、その回路面側から裏面側へ向う遠心力を印加して樹脂材に混練されたシリカ粒子を強制的に沈降させる第２の工程と、この第２の工程によって、下層に分布するシリカ粒子の密度を上げ、上層に分布するシリカ粒子の密度を下げられた樹脂材を硬化させて前記封止樹脂層を形成する第３の工程とを具備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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＳＰ（ChipSize Package）構造の半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、チップとパッケージのサイズがほぼ等しくなるＣＳＰ構造の半導体装置が知られており、その構造例を図６に示す。この図に示す半導体装置２０は、絶縁膜形成、再配線形成、ポスト形成および樹脂封止層形成の各工程からなるパッケージ処理を終えたウエハを個々のチップにダイシングして得られる、所謂ウエハレベルＣＳＰと呼ばれる構造を有している。
すなわち、半導体装置２０は、ウエハ（半導体基板）１の表面（回路面）側にアルミ電極等からなる複数の接続パッド２を有し、この接続パッド２の上面側には各接続パッド２の中央部を露出するように、酸化シリコンあるいは窒化シリコン等からなるパッシベーション膜３が形成されている。
【０００３】
そして、パッシベーション膜３の上面側には、各接続パッド２の中央部分が開口するよう絶縁膜４が形成される。絶縁膜４は例えばウエハ１の回路面側全面にポリイミド系樹脂材を塗布硬化させた後に、エッチング液を用いてレジストパターンニングおよび絶縁膜パターニングを施してからレジスト剥離することで形成される。
こうして形成される絶縁膜４上には、各接続パッド２と後述するポスト６とを電気的に接続する再配線５が形成される。再配線５上の所定箇所には、例えば柱状電極よりなる複数のポスト（突起電極）６が設けられる。
【０００４】
ポスト６を覆うように、ウエハ１の回路面全体に、例えばエポキシ等の樹脂が塗布、硬化されて封止樹脂層７が形成される。そして、封止樹脂層７の上端面が切削研磨されてポスト６の端面が露出され、露出されたポスト６の端面の酸化膜を取り除いた後、そこにハンダ印刷等のメタライズ処理を施すか、あるいはハンダボール６ａを形成することによって半導体装置２０が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に半導体装置を配線基板に実装する場合、半導体装置側と配線基板側との熱膨張係数の不一致に起因して、ハンダ接続部分やその近傍に熱応力が発生する。極端な場合には熱応力によってハンダ接続部分やその近傍に破断が生じて半導体装置が機能喪失することも起こり得る。その為、こうした熱応力発生に係わる問題を未然に防ぐべく、熱膨張係数を極力、配線基板のそれに近づけたり、発生した熱応力が局所に集中しないよう応力を緩和する電極構造にする場合が多い。
【０００６】
上述したウエハレベルＣＳＰ構造の半導体装置２０では、主に封止樹脂層７が応力緩和を担っている。樹脂封止層７は半導体装置２０内部での熱膨張係数差を抑制する為、前述のポスト６やウエハ１のそれに近い、比較的小さい熱膨張係数にされている。
しかしながら、半導体装置２０が実装される配線基板側の熱膨張係数は、樹脂封止層７のそれより大きい為、例えば半導体装置２０を配線基板にハンダ接続する際に、両者の熱膨張係数差に起因する熱応力が接続界面となるポスト６表面付近に集中し、その近傍で破断が生じる虞もある。
【０００７】
このように、ウエハレベルＣＳＰ構造の半導体装置２０では、比較的小さい熱膨張係数の材質で樹脂封止層７を形成すれば、半導体装置２０内部での熱膨張係数差を抑制し得る反面、そのようにすると配線基板側との熱膨張係数差が大きくなってしまい、これによりポスト６表面付近に破断を生じる等、信頼性低下を招致する問題がある。
そこで本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、信頼性の向上を図ることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、回路面側にパッドを有する半導体基板と、このパッドと電気的に接続される再配線と、前記再配線と電気的に接続される突起電極と、前記パッド及び前記配線とを封止する樹脂封止とを備えた半導体装置の製造方法であって、充填材粒子を混練した樹脂材を前記半導体基板の回路面全体に塗布する第１の工程と、樹脂材が塗布された半導体基板に、その回路面側から裏面側へ向う遠心力を印加して樹脂材に混練されたシリカ粒子を強制的に沈降させる第２の工程と、この第２の工程によって、下層に分布する充填材粒子の密度を上げ、上層に分布する充填材粒子の密度を下げられた樹脂材を硬化させて前記封止樹脂層を形成する第３の工程とを具備することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、回路面側にパッドを有する半導体基板と、このパッドと電気的に接続される再配線と、前記再配線と電気的に接続される突起電極と、前記パッド及び前記配線とを封止する樹脂封止とを備えた半導体装置であって、シリカ粒子を混練した樹脂材を前記半導体基板の回路面全体に塗布する第１の工程と、樹脂材が塗布された半導体基板に、その回路面側から裏面側へ向う遠心力を印加して樹脂材に混練されたシリカ粒子を強制的に沈降させる第２の工程と、この第２の工程によって、下層に分布するシリカ粒子の密度を上げ、上層に分布するシリカ粒子の密度を下げられた樹脂材を硬化させて前記封止樹脂層を形成する第３の工程とを具備することを特徴とする。
【００１３】
本発明は、回路面側にパッドを有する半導体基板と、このパッドと電気的に接続される再配線と、前記再配線と電気的に接続される突起電極と、前記パッド及び前記配線とを封止する樹脂封止とを備えた半導体装置において、前記封止樹脂の充填材粒子の分布密度を該封止樹脂の上層と下層とで異ならせ、これにより封止樹脂層の下層側の熱膨張係数を小さくする一方、上層側の熱膨張係数を大きくする。この結果、半導体装置内部での熱膨張係数差を抑制しつつ、半導体装置が実装される配線基板側との熱膨張係数差も抑制し得る為、半導体装置の信頼性を向上することが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１〜図５は、本発明の実施の一形態による半導体装置１０の構造およびその製造工程を説明する為の断面図である。これらの図において前述した従来例（図６参照）と共通する部分には同一の番号を付している。
半導体装置１０は、先ず図１に図示する通り、ウエハ１の回路面側に設けられたアルミ電極等からなる複数の接続パッド２の上面側に、それぞれ各接続パッド２の中央部を露出するように、酸化シリコンあるいは窒化シリコン等からなる絶縁膜をパッシベーション膜３として形成する。この後、パッシベーション膜３の上面側に各接続パッド２の中央部分が開口するよう絶縁膜４を形成する。
【００１５】
この絶縁膜４は、例えばウエハ１の回路面側全面にポリイミド系樹脂材を塗布硬化させた後に、エッチング液を用いてレジストパターンニングおよび絶縁膜パターニングを施してからレジスト剥離することで形成される。絶縁膜４は、ポリイミド系樹脂材を塗布してスピンコートする手法の他、スキージを用いる印刷法やノズルからのインク吐出による塗布法を用いることが可能であり、絶縁膜材料としてもポリイミド系樹脂材に限らず、エポキシ系樹脂材やＰＢＯ（ベンザオキシドール系）を用いても良い。
【００１６】
なお、上記絶縁膜４はウェハ１の回路面に外部からの水分や不純物の侵入を防ぐことを主な目的として、信頼性を向上させるために設けているものであるが、必ず必要なものではなく、絶縁膜４を上記パッシベーション膜３で代用させるようにしてもよい。その場合には、後述する再配線５や封止樹脂層７はパッシベーション膜３上に形成される。
【００１７】
次に、絶縁膜４に形成された開口部を介して露出される接続パッド２上に再配線５を形成する。再配線５は絶縁膜４の全面にＵＢＭスパッタ処理等によりＵＢＭ層（図示略）を堆積し、この後、再配線用のフォトレジスト塗布硬化させ、フォトリソグラフィ技術により所定形状の開口を有するパターニングを施した後、このレジストによって開口された部分に電解メッキを施すことで形成される。再配線５を形成する手法としては、これ以外に無電解メッキ方法を用いることもできる。配線材料としては、良好な導電特性を備える銅、アルミおよび金あるいはこれらの合金を用いる。
【００１８】
再配線５を形成した後には、各再配線５上の所定箇所にポスト（突起電極）６を設ける。ポスト６は、例えば１００〜１５０μｍ程度の厚さでポスト形成用のフォトレジストを塗布硬化させた上、再配線５の所定箇所を露出する開口部を形成し、この開口部内に電解メッキを施すことで形成される。ポスト６を形成する手法としては、これ以外に無電解メッキ方法やスタッドバンプ法を用いることもできる。
ポスト材料は、良好な導電特性を備える銅、ハンダ、金あるいはニッケル等を用いる。なお、ポスト形成材料としてはんだを用いる場合は、この後リフロー処理を施す事により球状の電極を形成することも出来る。また、ハンダを用いてポスト６を形成する場合には、上記の他に印刷法を用いることもできる。
【００１９】
さて、こうして図１に図示する構造が形成された後は、図２に図示するように、ポスト６を覆うように、シリカ粒子９や硬化剤等を混練したエポキシ樹脂８をウエハ１の回路面全体に塗布する。エポキシ樹脂８を塗布する手法としては、スクリーン印刷法の他、ロールコート法やカーテンコート法など液状材料の塗工方法として適用可能なものを用いる。
エポキシ樹脂８をウエハ１の回路面全体に塗布した後には、図３に図示するように、遠心機（不図示）を用いてウエハ１の回路面側から裏面側に向う遠心力をウエハ１に印加し、これにより図４に図示するように、エポキシ樹脂８に混練されたシリカ粒子９を遠心分離により強制的に沈降させて、封止樹脂層７の上層と下層とでシリカ粒子９の分布を不均一な状態にしてからエポキシ樹脂８を硬化させて封止樹脂層７を形成する。
【００２０】
封止樹脂層７の熱膨張係数は、エポキシ樹脂８に混練されるシリカ粒子９の密度に応じて変化し、シリカ粒子９の密度が高ければ熱膨張係数は小さくなり、逆にシリカ粒子９の密度が低ければ熱膨張係数は大きくなる。
したがって、図４に図示したように、封止樹脂層７において、シリカ粒子９を強制的に沈降させて下層のシリカ粒子密度を上げる一方、上層のシリカ粒子密度を下げると、この封止樹脂層７の熱膨張係数は、下層では比較的小さな値となり、一方、上層では比較的大きな値となる。これにより、半導体装置１０内部での熱膨張係数差を抑制しつつ、半導体装置１０が実装される配線基板側との熱膨張係数差も抑制することが可能となる。
【００２１】
こうして、下層では熱膨張係数が小さく、上層では熱膨張係数が大きい封止樹脂層７を形成してポスト６を樹脂封止した後には、図５に示すように、封止樹脂層７の上端面を切削研磨してポスト６の端面を露出させ、その表面の酸化膜を取り除き、そこにハンダ印刷等のメタライズ処理を施すか、あるいはハンダボール６ａを形成する。
そして、この後、図示していないが、予め定められたカットラインに沿ってウエハ１をダイシングしてチップに個片化することによって、図５に示すＣＳＰ構造の半導体装置２０が生成される。
【００２２】
以上のように、本実施の形態によれば、シリカ粒子９を混練したエポキシ樹脂８をウエハ１の回路面全体に塗布した後、ウエハ１の回路面側から裏面側に向う遠心力をウエハ１に印加し、これによりエポキシ樹脂８に混練されたシリカ粒子９を強制的に沈降させて、下層のシリカ粒子密度を上げ、上層のシリカ粒子密度を下げた封止樹脂層７を形成するので、半導体装置１０内部での熱膨張係数差を抑制しつつ、配線基板側との熱膨張係数差も抑制する信頼性の高い半導体装置１０を具現することができる。
【００２３】
なお、上述した実施の一形態では、エポキシ樹脂８に混練させる材料としてシリカ粒子９を挙げたが、封止樹脂層７の弾性率や熱膨張係数について改善効果を呈するものであれば、例えばアルミナ粒子など、その他の粒子を混練させるようにしても良い。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１、２に記載の発明によれば、封止樹脂層に混入される充填材粒子の分布密度を、当該封止樹脂層の下層と上層とで異ならせ、これにより封止樹脂層の下層側の熱膨張係数を小さくする一方、上層側の熱膨張係数を大きくすることができ、これ故、半導体装置内部での熱膨張係数差を抑制しつつ、半導体装置が実装される配線基板側との熱膨張係数差も抑制できる為、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の一形態による半導体装置２０の製造工程を説明するための断面図である。
【図２】図１に続く製造工程を説明する為の断面図である。
【図３】エポキシ樹脂８に混練されたシリカ粒子９を遠心分離させる形態を示す図である。
【図４】図２に続く製造工程を説明する為の断面図である。
【図５】図４に続く製造工程および半導体装置１０の構造を示す断面図である。
【図６】従来例による半導体装置２０の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ウエハ（半導体基板）
２  接続パッド
３  パッシベーション膜（絶縁膜）
４  絶縁膜
５  再配線
６  ポスト（突起電極）
７  封止樹脂層
８  エポキシ樹脂
９  シリカ粒子
１０，２０  半導体装置
【図１】
0003792545.tif 000002
【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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