JP2009302500A - ウエハレベルパッケージ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アンダーバンプメタルとバンプとのストレスを減少させるためのウエハレベルパッケージを提供する。
【解決手段】上面に複数のチップパッド１２０を備えた基板１１０と、第１のパッシベーション層１３０と、第１のパッシベーション層１３０を貫通してチップパッド１２０に接続されるビア１３５と、第１のパッシベーション層１３０上に設けられ、ビア１３５に接続される金属配線層１４０と、第１のパッシベーション層１３０上に金属配線層１４０と連結され、その中心にトレンチ１５０を介して分離されたバッファパターンが設けられたアンダーバンプメタル１４３と、第１のパッシベーション層１３０上の第２のパッシベーション層１６０と、バッファパターン１４５上に設けられた第１のバンプ１７０と、トレンチ１５０を充填し、第１のバンプ１７０及びアンダーバンプメタル１４３上の第２のバンプ１８０とを含むウエハレベルパッケージを提供する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ウエハレベルパッケージ及びその製造方法に関し、より詳しくは、金属配線層のアンダーバンプメタルの中心部にトレンチを介したバッファパターンを設けることによって、該アンダーバンプメタルとその上部に設けられるバンプとの接合信頼性を向上することができる、ウエハレベルパッケージ（ｗａｆｅｒ ｌｅｖｅｌ ｐａｃｋａｇｅ：ＷＬＰ）及びその製造方法に関する。

電子製品が段々小型化、軽量化、高速化、且つ高容量化されるに従って、半導体パッケージにおいても電子製品の開発方向に適応することができるように、新たな構造を有する半導体パッケージを開発することが要求されている。現時点までに紹介された半導体パッケージの中で、軽薄短小化及び高速化に最も適した半導体パッケージとしては、ウエハレベルパッケージ（ｗａｆｅｒ ｌｅｖｅｌ ｐａｃｋａｇｅ：ＷＬＰ）が知られている。

このようなウエハレベルパッケージは、半導体チップをウエハから分離しない状態で工程が進行して設けられたパッケージを言う。

以下、従来のウエハレベルパッケージについて、関連図面を参照して説明する。図１は、一般的なウエハレベルパッケージを示した断面図である。図１を参照すれば、ウエハレベルパッケージにおいて、チップパッド１１と、該チップパッド１１を保護するためのパッシベーション層１２とを備えるシリコン基板１０が提供される。

シリコン基板１０の上面には、チップパッド１１が露出されるように絶縁層１３（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌａｙｅｒ：以下、第１の絶縁層という）が所定の厚さに設けられ、第１の絶縁層１３の上部には、チップパッド１１と連結され、チップパッド１１の再配列のための金属配線層１４と、ボールパッド部１５とが設けられる。

また、金属配線層１４及びボールパッド部１５の上部は、第１の絶縁層１３及び金属配線層１４で覆われており、ボールパッド部１５の一部が露出するような第２の絶縁層１６が設けられる。また、第２の絶縁層１６によって露出したボールパッド部１５には、円形のソルダーボール１７が設けられる。

特許第３９７５５６９号公報

しかしながら、ウエハレベルで製造された一般的なウエハレベルパッケージにおいては、ソルダーボール１７を実装する際、ボールパッド部１５とソルダーボール１７との界面でクラックが生じて抵抗が増加するようになり、抵抗が甚だしい場合、オープン現象を齎し、素子の信頼性が低下するという問題があった。

このようなソルダーボール１７の接合不良を改善するための技術として、特許文献１のような技術が提案されている。

特許文献１に示された「二つのボールバンプ」は、半導体デバイスの電極パッド上に設けられた高融点半田付けからなる第１の半田付けボールバンプと、該電極パッドに対して少なくとも垂直方向に第１の半田付けボールバンプに重なる第２の半田付けボールバンプとから成り、半導体デバイスとプリント配線基板との間の熱ストレスを緩和すると共に、接合部分の強度を上げるというものである。

しかしながら、この技術はソルダーボールを多層に設けることによって、チップサイズを増加させ、また工程数の増加を引き起こすという問題を有している。

また、ソルダーボールの面積を増加させれば、基板、絶縁層及びボールパッドに形成される寄生静電容量（ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）が増加し、信号伝達速度が低下するという不都合があった。

本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、ボールパッドとして用いられるアンダーバンプメタルの中心にトレンチを介して分離されたバッファパターンを設けることによって、該アンダーバンプメタルとバンプとの接合信頼性を向上するためのウエハレベルパッケージ及びその製造方法を提供することをその目的の一つとする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明によるウエハレベルパッケージは、上面に複数のチップパッドを備えた基板と、前記チップパッドを露出させる第１のパッシベーション層と、前記第１のパッシベーション層を貫通して前記チップパッドに接続されるビアと、前記第１のパッシベーション層上に設けられ、前記ビアに接続される金属配線層と、前記第１のパッシベーション層上に前記金属配線層と連結されるように設けられ、その中心にトレンチを介して分離されたバッファパターンが設けられたアンダーバンプメタルと、前記アンダーバンプメタルが露出するように、前記第１のパッシベーション層上に設けられた第２のパッシベーション層と、前記バッファパターン上に設けられた第１のバンプと、前記トレンチを充填し、前記第１のバンプ及びアンダーバンプメタル上に設けられた第２のバンプとを含むことができる。

ここで、前記バッファパターンは、前記アンダーバンプメタルの中心に円形に設けられ、前記トレンチは、前記第１のパッシベーション層の上部が露出するように設けられることができる。

また、前記第２のバンプは、前記第１のバンプより銀（Ａｇ）の含有量の多い物質によって設けられ、前記第２のバンプは、エポキシ物質によって設けられることができる。

また、本発明の変形例によるウエハレベルパッケージは、上面に複数のチップパッドを備えた基板と、前記チップパッドを露出させる第１のパッシベーション層と、前記第１のパッシベーション層を貫通して前記チップパッドに接続されるビアと、前記第１のパッシベーション層上に設けられ、前記ビアに接続される金属配線層と、前記第１のパッシベーション層上に前記金属配線層と連結されるように設けられ、その中心にトレンチを介して分離されたバッファパターンが設けられたアンダーバンプメタルと、前記アンダーバンプメタルが露出するように、前記第１のパッシベーション層上に設けられた第２のパッシベーション層と、前記トレンチを充填し、前記バッファパターン及びアンダーバンプメタル上に設けられたバンプとを含むことができる。

また、上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一実施の形態によるウエハレベルパッケージの製造方法は、複数のチップパッドが設けられた基板を準備するステップと、前記基板上に第１のパッシベーション層を設けるステップと、前記第１のパッシベーション層をパターニングして前記チップパッドを露出させるビアを設けるステップと、前記ビアを含む第１のパッシベーション層上に金属物質を塗布するステップと、前記金属物質をパターニングして前記ビアと繋がれる前記金属配線層とその中心にトレンチを介して分離されたバッファパターンを有するアンダーバンプメタルとを設けるステップと、前記アンダーバンプメタルの上部がオープンするように第２のパッシベーション層を設けるステップと、前記バッファパターン上に第１のバンプを設けるステップと、前記トレンチを充填し、前記第１のバンプ及びアンダーバンプメタル上に第２のバンプを設けるステップとを含むことができる。

ここで、前記バッファパターンは、前記アンダーバンプメタルの中心に円形に設けられ、前記トレンチは、前記第１のパッシベーション層の上部が露出するように設けられることができる。

また、前記第２のバンプは、前記第１のバンプより銀（Ａｇ）の含有量の多い物質を用いて設けられ、前記第１のバンプは、エポキシ物質を用いて設けられることができる。

また、本発明の変形例によるウエハレベルパッケージの製造方法は、複数のチップパッドが設けられた基板を準備するステップと、前記基板上に第１のパッシベーション層を設けるステップと、前記第１のパッシベーション層をパターニングして前記チップパッドを露出させるビアを設けるステップと、前記ビアを含む第１のパッシベーション層上に金属物質を塗布するステップと、前記金属物質をパターニングして前記ビアと接触される前記金属配線層とその中心にトレンチを介して分離されたバッファパターンを有するアンダーバンプメタルとを設けるステップと、前記アンダーバンプメタルの上部がオープンするように第２のパッシベーション層を設けるステップと、前記トレンチを充填し、前記バッファパターン及びアンダーバンプメタル上にバンプを設けるステップとを含むことができる。

本発明のウエハレベルパッケージ及びその製造方法によれば、ボールパッドとして用いられるアンダーバンプメタルの中心に、トレンチを介して分離されたバッファパターンを設けることによって、該アンダーバンプメタルとバンプとの接合信頼性を向上することができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、バッファパターン上に銀の含有量の少ない剛性材質の物質を用いて第１のバンプを形成し、また、アンダーバンプメタル及び第１のバンプ上に銀の含有量の多い軟性材質の物質を用いて第２のバンプを設けることによって、機械的衝撃や基板の熱膨張によって生じる割れを防止することができるという効果を奏する。

本発明のさらなる目的、本発明によって得られる利点は、以下において図面を参照して説明される実施の形態から一層明らかになるであろう。

以下、関連図面を参照して、本発明の一実施の形態によるウエハレベルパッケージ及びその製造方法についてより詳細に説明すれば次の通りである。

図２は、本発明の一実施の形態によるウエハレベルパッケージの断面図であり、図３は、図２のアンダーバンプメタル及びバッファパターンの平面図であり、図４は、図２のアンダーバンプメタルと第１及び第２のバンプとの拡大図である。

まず、図２に示すように、本発明の一実施の形態によるウエハレベルパッケージは、チップパッド１２０が設けられた基板１１０と、ビア１３５を含み、前記基板１１０上に設けられた第１のパッシベーション層（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）１３０、及び第２のパッシベーション層１５０と、ビア１３５と電気的に連結された金属配線層１４０と、金属配線層１４０の一端に設けられ、中心にバッファパターン１４５が設けられたアンダーバンプメタル１４３と、アンダーバンプメタル１４３上に設けられた第１のバンプ１７０及び第２のバンプ１８０から構成されることができる。

ここで、基板１１０はウエハレベルパッケージ用基板であって、チップパッド１２０以外に内部的に多数の半導体チップまたは回路パターン（図示せず）が設けられてもよい。

チップパッド１２０は、内部的に連結された半導体チップまたは回路パターンを外部端子と電気的に連結するためのものであって、アルミニウムまたは銅などの導電性物質によって設けられることが望ましい。

チップパッド１２０は、基板１１０内に含浸されるように設けられているが、基板１１０の上部に設けられることができる。また図２には、基板１１０に一つのチップパッド１２０が設けられた断面図を示しているが、これに限定される訳ではなく、複数のチップパッド１２０が設けられてもよい。

第１のパッシベーション層１３０は、チップパッド１２０の設けられた基板１１０上に設けられ、チップパッド１２０と対応する位置にビア１３５が設けられる。

金属配線層１４０はビア１３５と連結され、第１のパッシベーション層１３０上に設けられる。ここで、金属配線層１４０はビア１３５と同じ導電性物質によって設けられてもよく、異なる導電性物質によって設けられてもよい。

また、金属配線層１４０の一端には、外部と電気的に連結されるためのアンダーバンプメタル（ｕｎｄｅｒ ｂｕｍｐ ｍｅｔａｌ）１４３が設けられる。ここで、アンダーバンプメタル１４３は円形に設けられ、その中心に円形のバッファパターン１４５が設けられる。

バッファパターン１４５は、第１のパッシベーション層１３０の上部が露出されるように設けられたトレンチ１５０によってアンダーバンプメタル１４３と分離され、アンダーバンプメタル１４３と共に導電性物質によって設けられる。

バッファパターン１４５が設けられたアンダーバンプメタル１４３及び金属配線層１４０が設けられた第１のパッシベーション層１３０上には、第２のパッシベーション層１６０が設けられる。

ここで、第２のパッシベーション層１６０は、金属配線層１４０が外部と電気的に接続されることを防止するために設けられ、アンダーバンプメタル１４３及びバッファパターン１４５の上部が露出するように、その上部は開放される。

そして、露出されたバッファパターン１４５上には、第１のバンプ１７０が設けられ、アンダーバンプメタル１４３及び第１のバンプ１７０上には、第２のバンプ１８０が設けられる。特に、第２のバンプ１８０はトレンチ１５０を充填するように設けられる。

ここで、第１のバンプ１７０は、第２のバンプ１８０より銀（Ａｇ）の含有量が少ない剛性材質の物質を用いて、第２のバンプ１８０は銀（Ａｇ）の含有量の多い軟性材質の物質を用いて設けることが望ましい。その理由は、ドロップ（ｄｒｏｐ）テストのような機械的衝撃に耐えることができるようにするために、第１のバンプ１７０を剛性材質の物質で形成し、熱膨張テストによって基板１１０と第１のバンプ１７０及び第２のバンプ１８０との割れを防止することができるようにするために、第２のバンプ１８０を軟性材質の物質で形成する。

また、第２のバンプ１８０は、軟性材質の物質であるエポキシ物質を用いて設けられたものであってもよい。

これにより、機械的な衝撃は第１のバンプ１７０によって防止することができ、熱膨張による割れは第２のバンプ１８０によって防止することができるようになる。これによって、本発明によるウエハレベルパッケージは、アンダーバンプメタル１４３及びバッファパターン１４５と第１のバンプ１７０及び第２のバンプ１８０との接合信頼性を向上することができる。

一方、図４は、本発明の一実施の形態によるウエハレベルパッケージの変形例を示した断面図である。同図のように、バッファパターン１４５及びアンダーバンプメタル１４３上に、各々第１のバンプ１７０及び第２のバンプ１８０を設けることなく、一つのバンプ１９０を設けることができる。

ここで、バンプ１９０は、アンダーバンプメタル１４３とバッファパターン１４５との間に設けられたトレンチ１５０を充填するように設けられる。

このような構成のウエハレベルパッケージは、熱によるアンダーバンプメタル１４３の不規則な膨張がトレンチ１５０によって減少することによって、アンダーバンプメタル１４３及びバッファパターン１４５とバンプ１９０との接合力を向上することができる。

以下、関連図面を参照して、本発明の一実施の形態によるウエハレベルパッケージの製造方法についてより詳細に説明すれば次の通りである。

図５〜図９は、本発明の一実施の形態によるウエハレベルパッケージの製造方法を順に示した工程断面図である。

まず、図５に示すように、基板１１０を準備する。続いて、該準備した基板１１０上にチップパッド１２０を設ける。ここで、図５には基板１１０上に一つのチップパッド１２０を設けた断面図を示しているが、これに限定される訳ではなく、複数のチップパッド１２０を設けてもよい。

チップパッド１２０を設けた後、図６に示すように、チップパッド１２０が設けられた基板１１０の上部に第１のパッシベーション層１３０を設ける。ここで、第１のパッシベーション層１３０は絶縁物質であることが望ましい。

第１のパッシベーション層１３０においてチップパッド１２０と対応する領域をオープンさせた後、導電性物質で充填してビア１３５を設ける。

続いて、ビア１３５の設けられた第１のパッシベーション層１３０上に、金属物質を塗布する。該塗布された金属物質は露光及び現像工程またはレーザ工程によって、図７のように金属配線層１４０、アンダーバンプメタル１４３及びバッファパターン１４５として設けられる。

ここで、バッファパターン１４５はアンダーバンプメタル１４３の中心に設けられ、第１のパッシベーション層１３０の上部が露出されるトレンチ１５０によって、アンダーバンプメタル１４３と分離される。

特に、バッファパターン１４５は四角形、三角形など様々な形状に設けられてもよいが、バッファパターン１４５上に設けられるべき第１のバンプの形状及び接着力などを考えて円形に設けられることが望ましい。

金属配線層１４０、アンダーバンプメタル１４３及びバッファパターン１４５を設けた後、図８に示すように、その上部に第２のパッシベーション層１６０を設ける。

第２のパッシベーション層１６０を設けた後、アンダーバンプメタル１４３及びバッファパターン１４５が露出するようにエッチング工程を行うことによって、第２のパッシベーション層１６０において「Ａ」の領域をオープンにする。

ここで、第２のパッシベーション層１６０をパターニングして、図９のように、円形のアンダーバンプメタル１４３及びバッファパターン１４５が外部に露出する。

第２のパッシベーション層１６０をパターニングした後、バッファパターン１４５上にのみ所定の大きさを有する第１のバンプ１７０を設ける。ここで、第１のバンプ１７０は銀（Ａｇ）の含有量の少ない剛性材質の物質を用いることができる。第１のバンプ１７０を剛性材質の物質を用いることによって、第１のバンプ１７０が外部の機械的衝撃にもバッファパターン１４５と分離されず、接着力を向上させることができる。

第１のバンプ１７０を設けた後、トレンチ１５０を充填し、アンダーバンプメタル１４３及び第１のバンプ１７０を覆う、第２のバンプ１８０を設けることによって、図２のようなウエハレベルパッケージを製造することができる。

ここで、第２のバンプ１８０は、トレンチ１５０とアンダーバンプメタル１４３上に設けられるので、従来平面に設けられたアンダーバンプメタルより接合面積が増加することになり、接合力を向上させることができる。

また、トレンチ１５０によってアンダーバンプメタル１４３とバッファパターン１４５との間に所定の余裕空間を有するようになるによって、アンダーバンプメタル１４３が熱により膨張するような場合であっても、アンダーバンプメタル１４３と第２のバンプ１８０との間に割れが生じることを防止することができる。

これにより、第２のバンプ１８０は銀（Ａｇ）の含有量が第１のバンプ１７０より高い軟性材質の物質を用いることが望ましく、軟性材質の物質としては、エポキシ物質を用いることができる。

一方、図４に示すように、第２のパッシベーション層１６０を設けた後、前記「Ａ」領域に一つのバンプ１９０を設けてもよい。ここで、バンプ１９０は、ソルダーバンプまたはエポキシ物質を用いたバンプとして設けることができる。

前述のような工程によって製造された本発明の一実施の形態によるウエハレベルパッケージは、アンダーバンプメタル１４３の中心にトレンチ１５０を介してバッファパターン１４５を設けることによって、アンダーバンプメタル１４３とその上部に設けられるバンプとの接合面積を増加させ、接合力を向上させることができる。

また、バッファパターン１４５上に第１のバンプ１７０を設け、トレンチ１５０、アンダーバンプメタル１４３及び第１のバンプ１７０上に第２のバンプ１８０を設けることによって、外部の機械的衝撃及び熱による膨張時に、第１のバンプ１７０及び第２のバンプ１８０との割れを防止することができる。

今回開示された実施の形態は例示にすぎず、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

従来のウエハレベルパッケージを示した断面図である。 本発明の一実施の形態によるウエハレベルパッケージの断面図である。 図２のアンダーバンプメタル及びバッファパターンの平面図である。 本発明の一実施の形態によるウエハレベルパッケージの変形例を示した断面図である。 本発明の一実施の形態によるウエハレベルパッケージの製造方法を順に示した工程断面図である。 同じく、ウエハレベルパッケージの製造方法を順に示した工程断面図である。 同じく、ウエハレベルパッケージの製造方法を順に示した工程断面図である。 同じく、ウエハレベルパッケージの製造方法を順に示した工程断面図である。 同じく、ウエハレベルパッケージの製造方法を順に示した工程断面図である。

符号の説明

１１０ 基板
１２０ チップパッド
１３０ 第１のパッシベーション層
１３５ ビア
１４０ 金属配線層
１４３ アンダーバンプメタル
１４５ バッファパターン
１５０ トレンチ
１６０ 第２のパッシベーション層
１７０ 第１のバンプ
１８０ 第２のバンプ

Claims (12)

1. 上面に複数のチップパッドを備えた基板と、
   前記チップパッドを露出させる第１のパッシベーション層と、
   前記第１のパッシベーション層を貫通し、前記チップパッドに接続されるビアと、
   前記第１のパッシベーション層上に設けられ、前記ビアに接続される金属配線層と、
   前記第１のパッシベーション層上に前記金属配線層と連結されるように設けられ、その中心にトレンチを介して分離されたバッファパターンが設けられたアンダーバンプメタルと、
   前記アンダーバンプメタルが露出するように、前記第１のパッシベーション層上に設けられた第２のパッシベーション層と、
   前記バッファパターン上に設けられた第１のバンプと、
   前記トレンチを充填し、前記第１のバンプ及び前記アンダーバンプメタル上に設けられた第２のバンプと、
   を含むことを特徴とするウエハレベルパッケージ。
2. 前記バッファパターンが、前記アンダーバンプメタルの中心に円形に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のウエハレベルパッケージ。
3. 前記トレンチが、前記第１のパッシベーション層の上部が露出するように設けられたことを特徴とする請求項１に記載のウエハレベルパッケージ。
4. 前記第２のバンプが、前記第１のバンプより銀の含有量の多い物質によって設けられたことを特徴とする請求項１に記載のウエハレベルパッケージ
5. 前記第２のバンプが、エポキシ物質によって設けられたことを特徴とする請求項１に記載のウエハレベルパッケージ。
6. 上面に複数のチップパッドを備えた基板と、
   前記チップパッドを露出させる第１のパッシベーション層と、
   前記第１のパッシベーション層を貫通し、前記チップパッドに接続されるビアと、
   前記第１のパッシベーション層上に設けられ、前記ビアに接続される金属配線層と、
   前記第１のパッシベーション層上に前記金属配線層と連結されるように設けられ、その中心にトレンチを介して分離されたバッファパターンが設けられたアンダーバンプメタルと、
   前記アンダーバンプメタルが露出するように、前記第１のパッシベーション層上に設けられた第２のパッシベーション層と、
   前記トレンチを充填し、前記バッファパターン及び前記アンダーバンプメタル上に設けられたバンプと、
   を含むことを特徴とするウエハレベルパッケージ。
7. 複数のチップパッドが設けられた基板を準備するステップと、
   前記基板上に第１のパッシベーション層を設けるステップと、
   前記第１のパッシベーション層をパターニングし、前記チップパッドを露出させるビアを設けるステップと、
   前記ビアを含む前記第１のパッシベーション層上に金属物質を塗布するステップと、
   前記金属物質をパターニングし、前記ビアと接触される前記金属配線層と、その中心にトレンチを介して分離されたバッファパターンを有するアンダーバンプメタルとを設けるステップと、
   前記アンダーバンプメタルの上部が開放されるように、第２のパッシベーション層を設けるステップと、
   前記バッファパターン上に第１のバンプを設けるステップと、
   前記トレンチを充填し、前記第１のバンプ及び前記アンダーバンプメタル上に第２のバンプを設けるステップと、
   を含むことを特徴とするウエハレベルパッケージの製造方法。
8. 前記バッファパターンが、前記アンダーバンプメタルの中心に円形に設けられることを特徴とする請求項７に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
9. 前記トレンチが、前記第１のパッシベーション層の上部が露出するように設けられることを特徴とする請求項７に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
10. 前記第２のバンプが、前記第１のバンプより銀の含有量の多い物質を用いて設けられることを特徴とする請求項７に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
11. 前記第２のバンプが、エポキシ物質を用いて設けられることを特徴とする請求項７に記載のウエハレベルパッケージの製造方法。
12. 複数のチップパッドが設けられた基板を準備するステップと、
    前記基板上に第１のパッシベーション層を設けるステップと、
    前記第１のパッシベーション層をパターニングし、前記チップパッドを露出させるビアを設けるステップと、
    前記ビアを含む第１のパッシベーション層上に金属物質を塗布するステップと、
    前記金属物質をパターニングし、前記ビアと接触される前記金属配線層と、その中心にトレンチを介して分離されたバッファパターンを有するアンダーバンプメタルとを設けるステップと、
    前記アンダーバンプメタルの上部が開放されるように、第２のパッシベーション層を設けるステップと、
    前記トレンチを充填し、前記バッファパターン及び前記アンダーバンプメタル上にバンプを設けるステップと、
    を含むことを特徴とするウエハレベルパッケージの製造方法。

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