(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだボール形成用凹部に充填したはんだペーストを加熱溶融させ、該はんだペーストの表面張力によって該はんだボール形成用凹部内にはんだボールを形成させるはんだボール形成用プレートの製造方法において、
該はんだボール形成用プレートより大形で表面が（１１０）結晶面のシリコン基板を準備し、
該（１１０）結晶面のはんだボール形成用領域の該はんだボール形成用凹部と、該シリコン基板から該はんだボール形成用プレートを切り出す該（１１０）結晶面のダイシング領域のダイシング用凹部とを、該シリコン基板の（１−１１）結晶方向にほぼ平行する平行四辺形になるように、該シリコン基板の異方性エッチングによって形成し、
該ダイシングは、該ダイシング用凹部を完全に除去する刃幅のダイシングカッターによってフルカット切断することを特徴とするはんだボール形成用プレートの製造方法。
【請求項２】
前記はんだボール形成用凹部およびダイシング用凹部の平行四辺形を、前記シリコン基板の（１−１１）結晶方向にほぼ平行する一対の第１の辺と、該第１の辺に対して７０．５３°で交叉する一対の第２の辺からなる菱形の平面形状に形成することを特徴とする請求項１記載のはんだボール形成用プレートの製造方法。
【請求項３】
前記ダイシング用凹部を、少なくとも前記はんだボール形成用領域のコーナに対応し形成することを特徴とする請求項１記載のはんだボール形成用プレートの製造方法。
【請求項４】
前記ダイシング用凹部を、前記はんだボール形成用領域の複数の辺のそれぞれに沿って複数個ずつ形成することを特徴とする請求項１記載のはんだボール形成用プレートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凹部に充填したはんだペーストを加熱してはんだボールを形成させるはんだボール形成用プレートの製造方法と、そのはんだボール形成用プレートを使用する半導体装置の製造方法および、前記はんだボール形成用プレートを使用して形成したはんだボールを転写させてなる半導体装置に関する。
【０００２】
近年、半導体装置の高集積化に伴ってパッケージの端子数が多くなっているが、端子数が極端に多くなるとピン等の実装が困難となる。そのため、ピンに代わってはんだボールを使用するＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）構成の半導体装置が出現するようになった。
【０００３】
そして、フリップチップのようにより機能が複雑になってくると、前記はんだボールのピッチもよりファイン化し、これに伴ってはんだボールの径の均一化が要求されることになる。
【０００４】
【従来の技術】
従来のＢＧＡおよびＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケージ）において、はんだボールのピッチは０．２ｍｍ程度に微細化されるようになった。このようなピッチにはんだバンプを形成させる方法としては、スクリーン印刷による方法等が適用されているが、最近ははんだボール形成用プレート（シリコン・ディンプルプレート）を用いた方法が注目されるようになった。
【０００５】
はんだボール形成用プレートを用いてはんだボールを形成させる半導体装置の製造方法（特開平９−３６１１８号参照）は、シリコンプレートの表面の複数の所定位置のそれぞれに、異方性エッチングによって凹部（ディンプル）を形成し、その凹部にはんだペーストを充填し、リフローによって各凹部内にはんだボールを形成し、そのはんだボールをＢＧＡおよびＣＳＰのパッドに転写する方法であり、ＢＧＡおよびＣＳＰのパッドと１：１に対応するはんだボール形成用プレートは、シリコン基板から切り出すことになる。
【０００６】
図５は従来のはんだボール形成用プレートの製造に用いられるシリコン基板の斜視図、図６ははんだボール形成用プレートにおけるはんだボール形成用凹部の説明図である。
【０００７】
図５において、表面が（１１０）結晶面でありオリエンテーションフラット１ａが（１−１１）結晶面と平行するシリコン基板１は、はんだボール形成用凹部が形成されるはんだボール形成用領域２と、１枚のシリコン基板１から複数のはんだボール形成用プレートを切り出すためのダイシング領域３に区分されている。ただし、ダイシング領域３は複数の縦線と横線が交叉する格子形状である。
【０００８】
図６において、半導体装置のパッドと対応する如く領域２内に形成され、一対の対向辺４ａがシリコン基板１の（１−１１）結晶面と平行するはんだボール形成用凹部４は、菱形パターンに露出したシリコン基板１に対してＫＯＨ（水酸化カリウム）系のエッチング液を用いた異方性エッチングによって、結晶の配置方向によるくさび状、即ち菱形パターンの鋭角頂点から内側に向けて深くなり、（１１１）結晶面が露呈するくさび状であり、ＫＯＨ（水酸化カリウム）３０ｗｔ％のエッチング液に１時間程度浸漬したとき、菱形パターンの鈍角頂点を結ぶ如く形成された最深部底辺４ｂの深さは、７０〜１００μｍになる。
【０００９】
ただし、凹部４の平面形状は辺４ａに対し辺４ｂが７０．５３°となる菱形であり、実際に形成される凹部４の平面形状は菱形の狭角部分でエッチングが進み難い菱形の形状が僅かに変形するようになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来のはんだボール形成用プレートはシリコン基板１から切り出すことになる。その切り出しは、はんだボール形成用領域２を囲むダイシング領域３に格子状のダイシングパターンを形成し、シリコン基板１の異方性エッチングによって凹部４と同時に形成したダイシングラインに沿ってカッターでダイシングする方法であった。
【００１１】
シリコン基板１をダイシングする時の位置合わせ等に利用するため、シリコン基板１のダイシング領域３に、凹部４と同時の異方性エッチングによって形成されたダイシングラインは、シリコン基板１の結晶方位に影響され幅が不均一になる、例えば幅１００μｍのダイシングパターンを格子状に形成したとき、そのパターンによる異方性エッチングで形成されるダイシングラインの幅は、１００μｍ〜４００μｍ程度にバラツクようになる。
【００１２】
かかるダイシングラインに対し、刃幅が４００μｍ以上のダイシングカッターでシリコン基板１をダイシングすればよいが、はんだボール形成用プレートの大きさを半導体チップと同一寸法とし、シリコン基板１の利用効率および生産性を配慮し、例えば幅２００μｍのダイシングカッターでダイシングすると、はんだボール形成用プレート内にダイシングラインの一部が入り込んで残り、その部分に微細なクラックおよび欠けが生じるようになる。
【００１３】
そして、スキージングによって凹部４にはんだペーストを充填し、はんだボールを各凹部４に形成させようとすると、前記クラックおよび欠けの生じた部分でシリコン片が剥離し、その剥離片がはんだボール形成用プレートの表面を傷付けたりはんだペーストに混ざって、はんだボールにシリコン片が混入したり、縁のクラックおよび欠けに入ったはんだペーストが流れ出す等によって、▲１▼はんだボールの大きさが不均一になったり、▲２▼はんだボールが凹部内にうまく入って形成されないことがあり、その結果ＢＧＡおよびＣＳＰにはんだボールがうまく転写されないという問題点があった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記問題点の解決を目的とする本発明の第１のはんだボール形成用プレートの製造方法は、はんだボール形成用凹部に充填したはんだペーストを加熱溶融させ、該はんだペーストの表面張力によって該はんだボール形成用凹部内にはんだボールを形成させるはんだボール形成用プレートの製造方法において、該はんだボール形成用プレートより大形で表面が（１１０）結晶面のシリコン基板を準備し、該（１１０）結晶面のはんだボール形成用領域の該はんだボール形成用凹部と、該シリコン基板から該はんだボール形成用プレートを切り出す該（１１０）結晶面のダイシング領域のダイシング用凹部とを、該シリコン基板の（１−１１）結晶方向にほぼ平行する平行四辺形になるように、該シリコン基板の異方性エッチングによって形成し、該ダイシングは、該ダイシング用凹部を完全に除去する刃幅のダイシングカッターによってフルカット切断することを特徴とする。
【００１５】
前記問題点の解決を目的とする本発明の第２のはんだボール形成用プレートの製造方法を、前記本発明の第１の製造方法において、前記はんだボール形成用凹部およびダイシング用凹部の平行四辺形を、前記シリコン基板の（１−１１）結晶方向にほぼ平行する一対の第１の辺と、該第１の辺に対して７０．５３°で交叉する一対の第２の辺からなる菱形の平面形状に形成することを特徴とする。
【００１６】
前記問題点の解決を目的とする本発明の第３のはんだボール形成用プレートの製造方法を、前記本発明の第１の製造方法において、前記ダイシング用凹部は、少なくとも前記はんだボール形成用領域のコーナに対応し形成することを特徴とする。
【００１７】
前記問題点の解決を目的とする本発明の第４のはんだボール形成用プレートの製造方法を、前記本発明の第１の製造方法において、前記ダイシング用凹部は、前記はんだボール形成用領域の複数の辺のそれぞれに沿って複数個ずつ形成することを特徴とする。
【００２０】
前記本発明の第１のはんだボール形成用プレートの製造方法において、シリコン基板から切り出したはんだボール形成用プレートは、ダイシングで（切り出し）形成された縁にクラックおよび欠けが生じることない。従って、形成されるはんだボールは大きさが均一化される。
【００２１】
前記本発明の第２のはんだボール形成用プレートの製造方法において、はんだボール形成用プレートに形成したはんだボール形成用凹部は、はんだボールの安定形成に有力である。
【００２２】
前記本発明の第３のはんだボール形成用プレートの製造方法において、ダイシング用凹部は最小個数で済む。
前記本発明の第４のはんだボール形成用プレートの製造方法において、ダイシング用凹部は目視によるダイシング領域の認識が容易となり、前記シリコン基板の位置決めと、ダイシングカッターの位置決めの確認が容易である。
【００２３】
前記本発明の半導体装置の製造方法は、はんだボール形成用プレートに形成されたはんだボールの大きさが揃うため、はんだボールが各パッドに確実に転写され、半導体装置の信頼性と生産性の向上に寄与する。
【００２４】
前記本発明の半導体装置は、はんだボール形成用プレートから大きさの揃ったはんだボールが確実に転写されているため、プリント配線板等への搭載が確実に行われるようになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施例におけるシリコン基板とはんだボール形成用プレートの説明図、図２は本発明の第２の実施例におけるシリコン基板とはんだボール形成用プレートの説明図、図３は本発明の実施例による半導体装置の製造方法の説明図、図４は本発明の実施例における凹部の一辺の長さと深さの関係の説明図である。
【００２６】
シリコン基板の一部を模式的に示す図１（ａ）において、シリコン基板１０の（１１０）結晶面は、はんだボール形成用凹部を形成するはんだボール形成用領域１２と、シリコン基板１０からはんだボール形成用プレート１６を切り出すダイシング領域１３に区分し、はんだボール形成用領域１２にはんだボール形成用凹部を形成する平行四辺形のパターン１４を形成し、ダイシング領域１３にダイシング用凹部を形成する平行四辺形のパターン１５を形成する。ただし、パターン１５はダイシング領域１３において、縦線と横線の交叉部に形成している。
【００２７】
菱形となる平行四辺形のパターン１４および１５は、シリコン基板１０の表面に窒化シリコン（ＳｉＮ）または酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）等よりなる保護膜を被着し、その保護膜の選択エッチングによって形成し、図の上下方向に対向する辺１４ａおよび１５ａは、シリコン基板１０の（１−１１）結晶方向（図中の矢印Ａ方向）に平行し、辺１４ａおよび１５ａと交叉する一対の辺１４ｂおよび１５ｂは、辺１４ａまたは１５ａに対し７０．５３°である。
【００２８】
そこで、パターン１４および１５によって露呈する部分でシリコン基板１０を異方性エッチングすると、図１（ｂ）に示す如くシリコン基板１０の結晶面（１１０）には、図５を用いて説明した凹部４と同様な凹部１７と１８、即ちはんだボール形成用領域１２内の凹部１７と、ダイシング領域１３内の凹部１８は、パターン１４および１５に対応して形成される。
【００２９】
図１（ｃ）に示すはんだボール形成用プレート１６は、シリコン基板１０をダイシングして形成される。ただし、ダイシングカッターを使用するフルカットによるシリコン基板１０のダイシングには、凹部１８を完全に除去する刃幅、例えば刃幅が２００μｍのダイシングカッターを使用する。
【００３０】
なお、凹部１７および１８を形成する異方性エッチングは、例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）３０ｗｔ％のエッチング液に１時間浸漬する。その際、凹部１７または１８の一辺の長さに対する深さは、図４に示す如く、一辺に長さに正比例してリニアに深くなり、例えば一辺の長さが０．１８ｍｍのパターン１４により形成される凹部１７の深さは約１００μｍとなる。
【００３１】
シリコン基板の一部を模式的に示す図２（ａ）において、シリコン基板１０の（１１０）結晶面は、はんだボール形成用凹部を形成するはんだボール形成用領域１２と、シリコン基板１０からはんだボール形成用プレート１６を切り出すダイシング領域１３に区分し、はんだボール形成用領域１２にはんだボール形成用凹部１７を形成する平行四辺形のパターン１４を形成し、ダイシング領域１３にダイシング用凹部を形成する平行四辺形のパターン１５を形成する。ただし、パターン１５はダイシング領域１３において、はんだボール形成用領域１２の各辺に対応しそれぞれ複数個ずつ形成している。
【００３２】
そこで、パターン１４および１５によって露呈する部分でシリコン基板１０を異方性エッチングすると、図２（ｂ）に示す如くシリコン基板１０の結晶面（１１０）には、図５を用いて説明した凹部４と同様な凹部１７と１８、即ちはんだボール形成用領域１２内の凹部１７と、ダイシング領域１３内の凹部１８が、パターン１４および１５に対応し形成される。
【００３３】
図１（ｃ）に示すはんだボール形成用プレート１６は、シリコン基板１０をダイシングして形成される。ただし、ダイシングカッターを使用するフルカットによるシリコン基板１０のダイシングには、凹部１８を完全に除去する刃幅、例えば刃幅が２００μｍのダイシングカッターを使用する。
【００３４】
なお、凹部１７および１８を形成する異方性エッチングは、例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）３０ｗｔ％のエッチング液に１時間浸漬する。その際、凹部１７または１８の一辺の長さに対する深さは、図４に示す如く、一辺に長さに正比例してリニアに深くなり、例えば一辺の長さが０．１８ｍｍのパターン１４により形成される凹部１７の深さは約１００μｍとなる。
【００３５】
図３（ａ）のはんだペースト充填工程では、はんだボール形成用プレート１６の凹部１７にはんだペースト２０をスキージ２１を用いて埋め込む。
図３（ｂ）のはんだペーストリフロー工程では、はんだボール形成用プレート１６を１０°〜４５°の図１（ｃ）または図２（ｃ）の矢印Ｂ方向に傾斜させ、はんだペースト２０の融点約３００℃〜３１４℃以上の例えば３２０℃〜４００℃まで加熱する。すると、はんだペースト２０に含まれるはんだ粒子が溶融して一体化し、表面張力により図３（ｃ）に示すようなはんだボール２２は、各凹部１７の一方に片寄って形成されるようになる。そのとき、はんだペースト２０に含まれる樹脂や活性剤等は一部が蒸発し他の一部が凹部１７内に残るが、はんだボール２２の形成に問題は生じない。
【００３６】
次いで、図３（ｄ）のはんだボール転写工程では、半導体チップ３０のパッド３１の形成面を、はんだボール形成用プレート１６のはんだボール２２が形成された面に対向させ、はんだボール２２とパッド３１が一致するように位置決めを行い、はんだボール２２とパッド３１が接触した状態ではんだボール形成用プレート１６を例えば３５０℃程度に加熱しはんだボール２２を溶融させ、パッド３１に転写させたのち冷却すると、図３（ｅ）に示すように、半導体チップ３０のパッド３１にはんだボール２２が被着する半導体装置３３が完成する。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるはんだボール形成用プレートは、縁にクラックおよび欠けが生じないようになる。そのため、縁のクラックおよび欠けから発生する剥離片が生じないようになると共に、前記クラックおよび欠けに充填されたはんだペーストによる従来のトラブルが解消し、形成されるはんだボールは大きさが均一化された。
【００３８】
以上説明したように、本発明による半導体装置の製造方法は、大きさの揃ったはんだボールが半導体装置の各パッドに確実に転写されるため、半導体装置の信頼性と生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるシリコン基板とはんだボール形成用プレートの説明図である。
【図２】本発明の第２の実施例におけるシリコン基板とはんだボール形成用プレートの説明図である。
【図３】本発明の実施例による半導体装置の製造方法の説明図である。
【図４】本発明の実施例における凹部の一辺の長さと深さの関係の説明図である。
【図５】従来のはんだボール形成用プレートの製造に用いられるシリコン基板の斜視図である。
【図６】はんだボール形成用プレートにおけるはんだボール形成用凹部の説明図である。
【符号の説明】
１０  シリコン基板
１２  はんだボール形成用領域
１３  ダイシング領域
１４  はんだボール形成用凹部を形成するパターン
１４ａ、１４ｂ  パターン１４の構成辺
１５  ダイシング用凹部を形成するパターン
１５ａ、１５ｂ  パターン１５の構成辺
１６  はんだボール形成用プレート
１７  はんだボール形成用領域の凹部
１８  ダイシング領域の凹部
２０  はんだペースト
２１  スキージ
２２  はんだボール
３０  半導体チップ
３１  パッド
３３  半導体装置
【図１】
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【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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