JP2005353837A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置及びその製造方法に係り、特に半導体チップを高精度に実装するように構成された半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a semiconductor device configured to mount a semiconductor chip with high accuracy and a manufacturing method thereof.
近年、LSI技術は、データ伝送の高速化、大容量化に伴い実装技術の高密度化が進められている。このような要望に応じるため、絶縁層に貼り付けた半導体チップ上に絶縁層と配線層とを積層して半導体チップを絶縁層間に埋め込むように構成することにより高密度に実装するパッケージ方法が研究されている。このようなパッケージ方法としては、例えば、基板に半導体チップの裏面を接着(ダイボンディング)し、半導体チップの電極パッドに接続される導体配線パターン及びスタッドビアを有する絶縁層とをビルドアップ法により積層する方法がある(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, in LSI technology, as the speed of data transmission increases and the capacity increases, the density of packaging technology has been increased. To meet these demands, research has been conducted on a packaging method for mounting at a high density by stacking an insulating layer and a wiring layer on a semiconductor chip attached to an insulating layer and embedding the semiconductor chip between insulating layers. Has been. As such a packaging method, for example, a back surface of a semiconductor chip is bonded (die bonding) to a substrate, and a conductive wiring pattern connected to an electrode pad of the semiconductor chip and an insulating layer having a stud via are stacked by a build-up method. (For example, refer to Patent Document 1).
また、半導体チップをベース上に接着し、半導体チップ上に再配線やスタッドビアを形成して半導体チップ上を封止膜で覆い、さらに、封止膜上に上層絶縁膜や上層再配線を形成する方法がある(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上記特許文献1に記載された製造方法では、基板の凹部に半導体チップを挿入して貼り付けるため、半導体チップを所定の貼り付け位置に搬送する工程において、例えば、一辺が14mmの半導体チップを一辺が15mmの凹部の輪郭形状に対して半導体チップの4辺の位置を規定するようにして位置合わせを行うことになる。 However, in the manufacturing method described in Patent Document 1, in order to insert a semiconductor chip into a concave portion of a substrate and paste it, in the step of transporting the semiconductor chip to a predetermined bonding position, for example, a semiconductor chip with a side of 14 mm Is aligned so as to define the positions of the four sides of the semiconductor chip with respect to the contour shape of the recess having a side of 15 mm.
ところが、この製造方法では、パターニングの精度が±1μm程度であるのに対してダイシングにより切り取られた半導体チップの4辺の加工精度が±10μm程度であるので、半導体チップを基板に貼り付ける際は、半導体チップの加工精度によって半導体チップの電極パッド(例えば、一辺が50μm〜70μm程度の四角形)の位置が基板上のビアホールの位置に対してずれることになるため、ビアホールを大径(例えば、電極パッドの4倍程度の直径)にしてスタッドビアと半導体チップの電極パッドとの接続を確保していた。このように、ビアホールの大径化に伴ってスタッドビアの間隔を広くしなければならないので、その分ICパッケージの小型化を図ることが難しかった。 However, in this manufacturing method, the patterning accuracy is about ± 1 μm, whereas the processing accuracy of the four sides of the semiconductor chip cut by dicing is about ± 10 μm. Therefore, when the semiconductor chip is attached to the substrate, Depending on the processing accuracy of the semiconductor chip, the position of the electrode pad of the semiconductor chip (for example, a square having a side of about 50 μm to 70 μm) is shifted from the position of the via hole on the substrate. The connection between the stud via and the electrode pad of the semiconductor chip was ensured. As described above, since the distance between the stud vias must be increased as the via hole diameter increases, it is difficult to reduce the size of the IC package.
また、上記特許文献2に記載された製造方法では、シリコン基板上に接続パッド及び絶縁膜を形成し、さらに再配線及びスタッドビア、封止膜を形成したウエハレベルパッケージの半導体構成体をベース上に貼り付け、さらに2層に分けて形成された上層配線層を絶縁層間に形成し、複数の配線層の組み合わせによりバンプの間隔を広げていた。そのため、この製造方法では、ウエハレベルでシリコン基板上に接続パッド、再配線、スタッドビアを形成することにより各層の位置精度を高められる反面、半導体チップをウエハレベルパッケージにしてからベース上に配線層や絶縁層をビルドアップ法により形成することになり、製造コストが高価になるという問題があった。
In the manufacturing method described in
そこで、本発明は上記課題を解決した半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that solve the above problems.
本発明は上記課題を解決するため、以下のような特徴を有する。 In order to solve the above problems, the present invention has the following features.
請求項1記載の発明は、支持板の表面に第1絶縁層を積層する第1工程と、前記第1絶縁層に半導体チップの電極パッドと接続するための孔を加工する第2工程と、前記孔に前記半導体チップの電極パッドを一致させるように位置合わせを行って前記半導体チップを前記第1絶縁層の表面に貼り付ける第3工程と、前記半導体チップを被覆するように第2絶縁層を前記第1絶縁層に積層する第4工程と、前記支持板を前記第1絶縁層から除去する第5工程と、を有することを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a first step of laminating a first insulating layer on a surface of a support plate, a second step of processing a hole for connecting to an electrode pad of a semiconductor chip in the first insulating layer, A third step of aligning the electrode pads of the semiconductor chip with the holes and attaching the semiconductor chip to the surface of the first insulating layer; and a second insulating layer so as to cover the semiconductor chip A fourth step of laminating the first insulating layer on the first insulating layer, and a fifth step of removing the support plate from the first insulating layer.
請求項2記載の発明は、前記第2工程が、レーザ加工により前記孔を形成することを特徴とする。
The invention described in
請求項3記載の発明は、前記第3工程が、前記半導体チップの回路形成面に対する電極パッドの位置を検出する工程と、前記半導体チップの電極パッドの位置を前記孔の位置に一致させるように前記半導体チップを搬送する工程と、前記半導体チップの回路形成面を前記第1絶縁層の表面に貼り付ける工程と、を有することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the third step, the step of detecting the position of the electrode pad with respect to the circuit forming surface of the semiconductor chip and the position of the electrode pad of the semiconductor chip are made to coincide with the position of the hole. The method includes transporting the semiconductor chip and attaching a circuit forming surface of the semiconductor chip to the surface of the first insulating layer.
請求項4記載の発明は、請求項1に記載の半導体装置の製造方法であって、前記孔を介して前記半導体チップの電極パッドに接続される配線パターンを前記第1絶縁層の外面に形成する第6工程を有し、前記第6工程は、前記半導体チップの電極パッドの表面に接続電極を形成し、その後前記第1絶縁層の外面にシード層を形成し、次いで前記シード層の表面に電解めっきにより導体層を積層し、続いて、パターニング及びエッチングにより前記シード層及び前記導体層を所定形状の配線パターンとすることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, a wiring pattern connected to the electrode pad of the semiconductor chip through the hole is formed on the outer surface of the first insulating layer. A sixth step of forming a connection electrode on the surface of the electrode pad of the semiconductor chip, and then forming a seed layer on the outer surface of the first insulating layer, and then the surface of the seed layer. The conductive layer is laminated by electrolytic plating, and then the seed layer and the conductive layer are formed into a predetermined wiring pattern by patterning and etching.
請求項5記載の発明は、半導体チップを封止する絶縁層と該絶縁層の外面に形成された配線層とを有する半導体装置であって、前記絶縁層を成す第1絶縁層と第2絶縁層との間に半導体チップを埋め込むように構成し、前記半導体チップの電極パッドに前記第1絶縁層の外面に形成される配線パターンを直接接続することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having an insulating layer for sealing a semiconductor chip and a wiring layer formed on an outer surface of the insulating layer, the first insulating layer and the second insulating layer forming the insulating layer. A semiconductor chip is embedded between the semiconductor chip and a wiring pattern formed on the outer surface of the first insulating layer is directly connected to the electrode pad of the semiconductor chip.
本発明によれば、第1絶縁層に半導体チップの電極パッドと接続するための孔を加工し、孔に半導体チップの電極パッドを一致させるように位置合わせを行って半導体チップを第1絶縁層の表面に貼り付けることにより、半導体チップの電極パッドと孔内に形成されるスタッドビアとの接続を高精度に行うことが可能になり、その分小型化を図れると共に、ウエハレベルの再配線を行わないベアチップを使用してチップ搭載精度の高精度化を図れるので、製造コストを安価に抑えることができる。 According to the present invention, a hole for connecting to an electrode pad of a semiconductor chip is processed in the first insulating layer, and alignment is performed so that the electrode pad of the semiconductor chip is aligned with the hole. By attaching to the surface of the semiconductor chip, it becomes possible to connect the electrode pads of the semiconductor chip and the stud vias formed in the holes with high accuracy, thereby reducing the size and rewiring at the wafer level. Since the bare chip can be used to improve the chip mounting accuracy, the manufacturing cost can be reduced.
また、第1絶縁層と第2絶縁層との間に半導体チップを埋め込むように構成し、半導体チップの電極パッドに第1絶縁層に形成される配線パターンを直接接続することにより、配線長を短くできると共に、配線層及び絶縁層を何層も積層する必要がないので、薄型化を図ることができる。 Further, the semiconductor chip is embedded between the first insulating layer and the second insulating layer, and the wiring pattern formed on the first insulating layer is directly connected to the electrode pad of the semiconductor chip, thereby reducing the wiring length. It can be shortened, and it is not necessary to stack a number of wiring layers and insulating layers, so that the thickness can be reduced.
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明になる半導体装置の一実施例を示す縦断面図である。図2乃至図13は本発明になる半導体装置の製造方法の工程を順に示す縦断面図である。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention. 2 to 13 are longitudinal sectional views sequentially showing the steps of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention.
図1に示されるように、半導体装置10は、半導体チップ12に絶縁層14と配線層16とが積層されており、絶縁層14を成す第1絶縁層18と第2絶縁層20との間に半導体チップ12を埋め込むように構成し、半導体チップ12の電極パッド22に第1絶縁層18に形成される配線パターン24を直接接続するように構成されている。
As shown in FIG. 1, the
また、配線パターン24は、半導体チップ12の電極パッド22の表面にジンケート処理を施して接続電極23を形成した後、Pb(パラジウム)含有樹脂層26に無電解めっきによりシード層28を形成し、シード層28に再配線30を電解めっきにより形成したものである。そして、再配線30を覆うようにソルダレジストなどの第3絶縁層32が積層されており、再配線30に連通するように第3絶縁層32に形成された貫通孔32a(再配線30のランド部を露出するための孔)にはバンプ34が挿入されるように形成され、再配線30と接続されている。複数のバンプ34は、再配線30の延在位置(ランド部)に対応するように配置されており、互いに干渉しないように所定間隔おきに配置される。
Further, the
このように、半導体装置10は、半導体チップ12の電極パッド22に第1絶縁層18に形成される配線パターン24を直接接続する構成とすることにより、従来のように配線層及び絶縁層を何層も積層する必要がないので、薄型化を図ることが可能になる。また、第1絶縁層18を貫通するシード層28のスタッドビア28aは、高精度に位置合わせされて電極パッド22に接続されるため、配線パターン24の配線長を短くできると共に、従来のものよりも小径化されており、その分配線のためのスペースを小さくして半導体装置10の小型化を図ることが可能になる。
As described above, the
ここで、上記のように構成された半導体装置10の製造方法の各工程について図2乃至図13を参照して説明する。
Here, each process of the manufacturing method of the
図2に示す工程1では、捨て板となる支持板40上にビルドアップ樹脂をラミネートして第1絶縁層18を形成する。支持板40は、第1絶縁層18を支持するのに必要な強度を有すると共に、後述する工程で除去されるため、例えば、シリコン(Si)または銅板(Cu)またはガラスエポキシ板に銅を被覆したもの等により形成される。また、第1絶縁層18は、熱硬化性フィルム(例えば、エポキシ系樹脂)をラミネートして形成される。尚、第1絶縁層18に用いられる熱硬化性フィルムは、レーザ加工性に優れている。
In step 1 shown in FIG. 2, the first
図3に示す工程2では、レーザ加工機(図示せず)により第1絶縁層18にビアホール(孔)18aを加工する。このビアホール18aは、予め設定された半導体チップ12の電極パッド22の位置に対応する座標位置に設けられる。尚、ビアホール18aの加工位置は、レーザ加工機の加工精度によって高精度に位置出しされている。
In
第1絶縁層18は、熱硬化性樹脂であるので、レーザ光の照射により加熱された部分に微小なビアホール18aが貫通される。その際、ビアホール18aを加工するレーザ光は、ビアホール18aが貫通されると支持板40の表面にも照射されるが、後の工程で支持板40を削除するため、支持板40の損傷は問題にならない。また、レーザ加工機によるビア加工は、レーザ光のエネルギの制御やマスクを使用して複数の孔を同時加工できるので、半導体チップ12の配置数に応じて多数のビアホール18aを形成する場合でもビア加工を短時間で行える。
Since the first insulating
尚、ビアホール18aの加工方法としては、レーザ加工以外の方法(例えば、フォトリソグラフィ法に基づいて露光、現像することにより孔を形成する方法)を用いることも可能である。
As a method for processing the
図4に示す工程3では、ベアチップからなる半導体チップ12の回路形成面12aを下にしたフェイスダウンにより半導体チップ12を第1絶縁層18の表面に貼り付ける。その際、チップ実装装置(図示せず)により搬送される半導体チップ12の電極パッド22をビアホール18aに一致させるように位置合わせを行って半導体チップ12を第1絶縁層18に押し付ける。このように、前工程で高精度に形成された半導体チップ12の電極パッド22と、レーザ加工機により高精度に形成されたビアホール18aとの位置合わせにより、従来のように半導体チップ12の輪郭を基準に位置合わせを行う場合よりも正確に位置合わせすることが可能になる。
In step 3 shown in FIG. 4, the
尚、位置合わせの方法としては、例えば、CCDイメージセンサ(図示せず)により半導体チップ12の電極パッド22の位置を検出して電極パッド22とビアホール18aの位置を一致させるか、あるいは支持板40をシリコンで形成した場合には、支持板40の下方からCCDイメージセンサ(図示せず)により電極パッド22がビアホール18aと重なる位置に位置合わせしても良い。あるいは、半導体チップ12の背面及び第1絶縁層18上にアライメントマークを設けることにより、上方からCCDイメージセンサ(図示せず)によりアライメントマークの位置合わせを行うことも可能である。
As a positioning method, for example, the position of the
また、半導体チップ12を第1絶縁層18に貼り付ける方法としては、接着剤あるいは粘着性を有する接着シートを介して第1絶縁層18の表面に固着する方法がある。
In addition, as a method for attaching the
尚、本実施例では、第1絶縁層18に対して2個の半導体チップ12を貼り付けた状態を図示しているが、実際には2個以上の半導体チップ12が貼り付けられるようになっており、説明の便宜上、このように図示している。また、図5乃至図13においても、便宜上、第1絶縁層18に2個の半導体チップ12を貼り付けた状態を図示して説明する。
In the present embodiment, the state in which two
図5に示す工程4では、第1絶縁層18及び半導体チップ12の表面にビルドアップ樹脂からなる第2絶縁層20を形成する。第2絶縁層20は、熱硬化性フィルム(例えば、エポキシ系樹脂)をラミネートして形成される。これにより、半導体チップ12は、積層された絶縁層18と20との間に挟持される。
In step 4 shown in FIG. 5, the second insulating
また、第1絶縁層18上に載置された半導体チップ12の表面に第2絶縁層20を隙間無く密着させるため、真空ラミネーション法を用いる。そして、絶縁層18,20は、加熱により硬化して半導体チップ12を絶縁層14の内部に埋め込む。
Further, a vacuum lamination method is used in order to bring the second insulating
図6に示す工程5では、支持板40を第1絶縁層18から分離させて除去する。支持板40は、銅板により形成されている場合にはエッチングにより除去され、シリコンにより形成されている場合には、例えば、フッ酸(HF)を用いたウエットエッチング、あるいはバックグラインドにより削除される。
In step 5 shown in FIG. 6, the
続いて、電極パッド22がアルミまたはアルミ合金からなる場合、シード層としてニッケル−リン(NiP)層を無電解めっきで形成する際の前処理液やめっき液により電極パッド22が腐食しやすい。そのため、電極パッド22のアルミ表面に接続電極23を形成して被覆する。
Subsequently, when the
この工程では、前処理として、電極パッド22上に無電解めっきが施されるように電極パッド22のアルミ表面に対してジンケート処理(Zincate treatment:亜鉛置換)を行う。このジンケート処理は、(a)電極パッド22のアルミ表面を洗浄、(b)エッチングによりアルミ表面の酸化膜を除去、(c)アルミ表面に第1亜鉛置換膜(厚く、粗い置換膜)を形成、(d) 第1亜鉛置換膜を剥離、(e) アルミ表面に第2亜鉛置換膜(薄く、緻密な置換膜)を形成、の手順で行われる。続いて、無電解Niめっきにより電極パッド22上にニッケル−リン(NiP)層を成膜して膜厚が5〜10μmの接続電極23をUBM(Under Barrier Metal)として形成する。尚、このジンケート処理及び接続電極23を形成する工程は、半導体チップとして固片化される前にウエハレベルで行うようにしても良い。
In this step, as a pretreatment, a zincate treatment (zincate treatment) is performed on the aluminum surface of the
図7に示す工程6では、無電解めっきを促進するために触媒として作用するPb含有樹脂層26を第1絶縁層18の下面に形成する。
In Step 6 shown in FIG. 7, a Pb-containing
図8に示す工程7では、Pb含有樹脂層26のうち第1絶縁層18のビアホール18a内に形成された柱状部26aにエッチング等によりビアホール18aより小径の貫通孔26bを形成する。
In step 7 shown in FIG. 8, a through
図9に示す工程8では、Pb含有樹脂層26の表面に無電解めっきまたはスパッタ法によりニッケル(Ni)または銅(Cu)を積層してシード層28を形成する。
In step 8 shown in FIG. 9, a
図10に示す工程9では、シード層28の表面に配線対応部分に開口を有するレジスト膜(図示せず)を形成し、レジスト膜の開口に銅(Cu)などからなる金属膜パターン(膜厚10〜20μm)を形成し、この金属膜パターンが再配線30となる。そして、レジスト膜を除去してシード層28を露出させ、その後、再配線30をマスクしてシード層28をエッチングすることにより、シード層28と再配線30とからなる配線パターン24を得る。これにより、電極パッド22が接続電極23を介して配線パターン24に電気的に接続された構造が得られる。
In step 9 shown in FIG. 10, a resist film (not shown) having an opening corresponding to the wiring is formed on the surface of the
図11に示す工程10では、配線パターン24及びシード層28の表面にソルダレジストが積層されて第3絶縁層32が形成される。
In
図12に示す工程11では、フォトリソグラフィ法に基づいて露光、現像することにより開口32aを形成し、第3絶縁層32に配線パターン24に連通する開口32aを設ける。
In step 11 shown in FIG. 12, an
図13に示す工程12では、開口32a内に露出する配線パターン24部分(ランド部)に半田ボールを接続してバンプ34を第3絶縁層32の表面に突出させる。そして、ダイシングソー42により隣接する各々の半導体チップ間で所定寸法に切断して図1に示す半導体装置10を得る。
In
このように、上記工程1〜12に基づいて、第1絶縁層18に半導体チップ12の電極パッド22と接続するための孔18aを加工し、孔18aに半導体チップ12の電極パッド22を一致させるように位置合わせを行って半導体チップ12を第1絶縁層18の表面に貼り付けることにより、半導体チップ12の電極パッド22と孔18a内に形成されるスタッドビア28aとの接続を高精度に行うことが可能になり、その分小型化を図れると共に、ウエハレベルでの再配線を行わないベアチップを使用してチップ搭載精度の高精度化を図れるので、製造コストを安価に抑えることが可能になる。
As described above, based on steps 1 to 12, the
10 半導体装置
12 半導体チップ
14 絶縁層
16 配線層
18 第1絶縁層
20 第2絶縁層
22 電極パッド
24 配線パターン
26 Pb含有樹脂層
28 シード層
30 再配線
34 バンプ
40 支持板
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1絶縁層に半導体チップの電極パッドと接続するための孔を加工する第2工程と、
前記孔に前記半導体チップの電極パッドを一致させるように位置合わせを行って前記半導体チップを前記第1絶縁層の表面に貼り付ける第3工程と、
前記半導体チップを被覆するように第2絶縁層を前記第1絶縁層に積層する第4工程と、
前記支持板を前記第1絶縁層から除去する第5工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first step of laminating a first insulating layer on the surface of the support plate;
A second step of processing a hole for connecting to an electrode pad of a semiconductor chip in the first insulating layer;
A third step of aligning the electrode pads of the semiconductor chip with the holes and attaching the semiconductor chip to the surface of the first insulating layer;
A fourth step of laminating a second insulating layer on the first insulating layer so as to cover the semiconductor chip;
A fifth step of removing the support plate from the first insulating layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記半導体チップの回路形成面に対する電極パッドの位置を検出する工程と、
前記半導体チップの電極パッドの位置を前記孔の位置に一致させるように前記半導体チップを搬送する工程と、
前記半導体チップの回路形成面を前記第1絶縁層の表面に貼り付ける工程と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The third step includes
Detecting a position of an electrode pad with respect to a circuit forming surface of the semiconductor chip;
Transporting the semiconductor chip so that the position of the electrode pad of the semiconductor chip matches the position of the hole;
Bonding the circuit forming surface of the semiconductor chip to the surface of the first insulating layer;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
前記孔を介して前記半導体チップの電極パッドに接続される配線パターンを前記第1絶縁層の外面に形成する第6工程を有し、
前記第6工程は、
前記半導体チップの電極パッドの表面に接続電極を形成し、その後前記第1絶縁層の外面にシード層を形成し、次いで前記シード層の表面に電解めっきにより導体層を積層し、続いて、パターニング及びエッチングにより前記シード層及び前記導体層を所定形状の配線パターンとすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
Forming a wiring pattern connected to the electrode pad of the semiconductor chip through the hole on the outer surface of the first insulating layer;
The sixth step includes
A connection electrode is formed on the surface of the electrode pad of the semiconductor chip, then a seed layer is formed on the outer surface of the first insulating layer, and then a conductor layer is stacked on the surface of the seed layer by electrolytic plating, followed by patterning And a method of manufacturing a semiconductor device, wherein the seed layer and the conductor layer are formed into wiring patterns having a predetermined shape by etching.
前記絶縁層を成す第1絶縁層と第2絶縁層との間に半導体チップを埋め込むように構成し、
前記半導体チップの電極パッドに前記第1絶縁層の外面に形成される配線パターンを直接接続することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having an insulating layer for sealing a semiconductor chip and a wiring layer formed on the outer surface of the insulating layer,
A semiconductor chip is embedded between the first insulating layer and the second insulating layer forming the insulating layer;
A semiconductor device, wherein a wiring pattern formed on an outer surface of the first insulating layer is directly connected to an electrode pad of the semiconductor chip.
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