JP2003007929A - 半導体チップとその製造方法 - Google Patents
半導体チップとその製造方法Info
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Abstract
層とp電極が形成されたp型半導体層とを備え、n電極
上及びp電極上にそれぞれバンプが形成されてなる半導
体チップにおいて、バンプの先端部分と基板の下面を除
いてチップを実質的に覆うように樹脂封止体が形成さ
れ、かつ該樹脂封止体は基板に垂直な側面を有する。
Description
体チップとその製造方法に関する。
を形成した後、ウエハを切断することにより製造され、
実装された後、樹脂封止されて使用される。また、この
ウエハを切断する方法には、例えば、ダイヤモンドカッ
ターなどでウエハ表面に傷をつけ、そこからへき開性を
利用して割る方法(スクライブ方法)、例えば、金属円
盤の表面にダイヤモンド砥粒を固着させたダイシングソ
ーを用いてウエハを途中までカット(ハーフカット)し
て割る方法、又はダイシングソーを用いて最後までカッ
ト(フルカット)する方法等がある。
半導体チップは実装時に素子を傷つけないように取り扱
いを慎重にする必要があり、取り扱いが容易でなかっ
た。また、スクライブ方法を用いて製造工程では、半導
体チップの隅が欠けるチッピングやクラックが発生する
恐れがあり、それを避けるためにはダイヤモンドカッタ
ーの荷重やスクライブの深さ等のパラメーターの微妙な
調整を必要とするという製造工程上の問題点があった。
特に高い硬度のウエハを用いた場合にはより慎重なパラ
メータの微調整を必要とし、これらの微調整は人間の感
覚や経験に頼る所が大きく、切断工程の自動化が困難で
あるという問題点があった。また、ダイシングソーを用
いてサファイア基板をフルカットすることはできないと
いう問題点があった。
体チップを提供することを第1の目的とする。また、本
発明は、チッピングやクラックの発生を容易に防止で
き、容易に自動化することができる半導体チップの製造
方法を提供することを第2の目的とする。
めに、本発明に係る半導体チップは、基板上にn電極が
形成されたn型半導体層とp電極が形成されたp型半導
体層とを備え、上記n電極上及びp電極上にそれぞれバ
ンプが形成されてなる半導体チップにおいて、上記バン
プの先端部分と基板の下面を除いて上記チップを実質的
に覆うように樹脂封止体が形成され、かつ該樹脂封止体
は上記基板に垂直な側面を有することを特徴とする。以
上のように構成された本発明に係る半導体チップは、上
記バンプの先端部分と基板の下面を除いて上記チップを
実質的に覆うように樹脂封止体が形成されているので、
上記n型とp型半導体層及び各電極を保護することがで
きるので、実装時における取り扱いを容易にできる。こ
こで、本明細書において上面とは、実装されたときの上
下ではなく、半導体チップにおいて半導体層及び電極層
が形成された側の面をいい、下面とは半導体層が形成さ
れている面とは逆の面をいう。
記n型半導体層は1又は2以上の窒化物半導体層を含
み、上記p型半導体層は1又は2以上の窒化物半導体層
を含んでいてもよい。
上記樹脂封止体は、上記基板の下面の外側に該下面と実
質的に同一平面上に位置する底面を有することが好まし
く、これにより上記基板の側面の外側に比較的厚い樹脂
封止体を形成することができるので、より効果的に上記
n型とp型半導体層及び各電極を保護することができ
る。
記樹脂封止体は、蛍光体を含むようにしてもよく、この
ように構成することにより、半導体層により発光された
光と蛍光体により発光された光との混色により所望の発
光色を実現できる。
記樹脂封止体は、反射散乱粒子を含むようにしてもよ
く、このように構成すると特に基板の下面から光を放出
するように実装した場合に、発光した光の取りだし効率
を向上させることができる。
法は、ウエハ上に形成された複数の素子を素子毎に分離
することにより半導体チップを製造する方法であって、
上記ウエハの素子間に分離溝を形成する溝形成工程と、
上記分離溝が形成されたウエハ上に上記分離溝に樹脂が
充填されるように樹脂を形成してその樹脂を硬化する樹
脂形成工程と、上記ウエハの下面を、上記分離溝の硬化
された樹脂が露出するまで研磨する研磨工程と、上記分
離溝の硬化された樹脂を切断する切断工程とを含むこと
を特徴とする。以上のように構成された半導体チップの
製造方法は、樹脂を硬化させた後に研磨及び切断により
樹脂封止体の形状加工を施しているので、寸法精度よく
樹脂封止体を加工でき、外形の寸法バラツキの少ない半
導体チップを製造することができる。
法において、上記各素子がそれぞれ、ウエハ上にn電極
が形成されたn型半導体層とp電極が形成されたp型半
導体層とを有し、上記n電極上及びp電極上にそれぞれ
バンプが形成されている場合には、上記樹脂形成工程に
おいて、上記樹脂を上記バンプの先端部分を除いて実質
的に各素子を覆うように形成するようにしてもよい。
に係る実施の形態について説明する。 実施の形態1.本発明に係る実施の形態1の半導体チッ
プは、図1及び図2に示すように、サファイアからなる
基板1の上に、例えばSiがドープされたn型窒化物半
導体からなるn型半導体層2、窒化物半導体からなる発
光層(図示せず)及びMgがドープされたp型窒化物半
導体からなるp型半導体層3が積層されてなる窒化物半
導体発光素子であって、以下のように構成されている。
除去して露出させたn型半導体層2の上にnパッド電極
22が形成されかつp型半導体層のほぼ全面にp全面電
極31が形成されそのn全面電極31上の一部にpパッ
ド電極32が形成されている。ここで、基板1上におい
て、nパッド電極22とpパッド電極32の上面を除い
て、n型半導体層2、p型半導体層3及びp全面電極3
1を覆うようにSiO2からなる保護膜4が形成されそ
の上に、例えばポリイミドからなる保護膜5が形成され
ている。そして、nパッド電極22とpパッド電極32
の上には、それぞれバンプ23及びバンプ33がその上
端面がそれぞれ平坦でかつ互いにほぼ同一の高さになる
ように形成されている。
ップにおいて、樹脂封止体7はバンプ23の上端部分、
バンプ33の上端部分、基板1の下面とを除いて、素子
全体を覆うように形成されている。ここで、本実施の形
態1の半導体チップにおいて、樹脂封止体7は基板1に
垂直な側面7aを有するように形成され、これにより本
実施の形態1の半導体チップの外形形状は直方体とされ
る。また、図2において、7bの符号を付して示す部分
は基板1の下面を取り囲むように形成されている樹脂封
止体7の底面であって、基板1の底面と実質的に同一平
面上に位置するように形成されている。尚、本実施の形
態1の半導体チップでは、図1に示すように、樹脂封止
体7の上面において、露出された2つのバンプ23を互
いに接続するように電極層24が形成され、樹脂封止体
7の上面において、露出された2つのバンプ33を互い
に接続するように電極層34が形成される。
導体チップは、基板1と樹脂封止体7とによって、素子
を構成している部分が保護されているので、例えば実装
時における素子の破壊を防止でき、また、電極面にダイ
ボンド樹脂が付着するのを防止できる。
造方法について説明する。尚、以下の図3〜図4におい
ては、p型及びn型半導体層及びn及びp電極等の各電
極は省略して描いている。
まず、サファイアからなるウエハ100上に、各半導体
チップにそれぞれ対応する複数の素子を形成する。具体
的には、ウエハ100の上にn型半導体層とp型半導体
層とを形成して、素子間に位置するn型半導体層及びp
型半導体層をエッチングにより除去して各素子毎に分離
する。以下、この素子間においてエッチングにより除去
した部分を素子分離領域といい、図5において41及び
42の符号を付して示す。ここで、素子分離領域41同
士は互いに平行になるように形成され、素子分離領域4
2同士は互いに平行になるように形成される。また、素
子分離領域41と素子分離領域42とは互いに直交する
ように形成される。
導体層3の一部を除去してn型半導体層2を露出させて
露出させたn型半導体層2の上にnパッド電極22を形
成する。さらに、p型半導体層3のほぼ全面にp全面電
極31を形成して、そのn全面電極31上の一部にpパ
ッド電極32を形成する。次に、nパッド電極22とp
パッド電極32の上面を除いて、n型半導体層2、p型
半導体層3及びp全面電極31を覆うようにSiO2か
らなる保護膜4を形成し、その上にポリイミドからなる
保護膜5を形成する。そして、nパッド電極22とpパ
ッド電極32の上に、それぞれバンプ23及びバンプ3
3を形成する。
び図5に示すように、各素子分離領域41,42に露出
したウエハの表面に、例えばダイシングソーを用いて、
所定の形状の分離溝51を形成する。ここで、分離溝5
1は、例えば、深さ200μm、幅100に設定され
る。この分離幅51の幅を200μより浅くすると、ダ
イシングの時間は短縮することができかつダイシングブ
レード(ダイシングソーの刃)の磨耗量を減らすことが
できる。この場合、後述の基板研磨工程において基板の
研磨量が大きくなるので研磨時間は長くなるが、ウエハ
の研磨は一度に大量(多数枚)に処理できるので、特に
問題にはならない。しかしながら、研磨後にチップを保
持する樹脂の強度が低下するので、一定の保持強度を保
つことができるように、分離溝51の深さを設定する必
要がある。また、逆にこの分離幅51の幅を200μよ
り深く設定すると、ダイシングブレードの磨耗量が大き
くなり、またダイシングの時間は長くなるが、研磨後に
チップを保持する強度が向上する。従って、分離溝51
の深さは樹脂の強度等を考慮して最適な値に設定され
る。尚、分離溝に充填される樹脂はフィラーを含み、こ
れにより樹脂を柔らかくでき、研磨する工程で熱収縮を
抑えることができ、サファイア基板が割れにくくなると
いう効果がある。また、分離溝の形成工程において使用
されるダイシングソーは、後述の切断工程に用いられる
ダイシングソーより刃の厚さが厚いものが用いられる。
(c)に示すように、ウエハの上面全体を覆うように封
止樹脂層70を形成して、硬化させる。そして、図4
(a)に示すように、硬化させた封止樹脂層70を上面
から各バンプ23,33の各上端面が露出するまで研磨
する。これにより、バンプ23とバンプ33の上端面は
それぞれ平坦でかつほぼ同一の高さにそろえられる。
たバンプ23,33にそれぞれ電極層24,34を形成
する。本実施の形態1では、図6に示すように露出させ
た2つのバンプ23を接続するように電極層24を形成
し、2つのバンプ33を接続するように電極層34を形
成している。このように本実施の形態1の半導体チップ
では、電極層24,34を大きく形成することにより外
部回路との接続を容易にしている。具体的には、例え
ば、図6に示す電極層24,34に対応する形状の開口
部を有するレジストを樹脂封止体70の上に形成して、
その上からスパッタリングにより全面に金属層を形成し
た後、レジストをその上に形成された金属層とともに除
去(リフトオフ)することにより、所定の形状の電極層
24,34を形成することができる。
分離溝51,52の底部に達するまで基板1を研磨し
て、図4(c)に示すように、基板の下面に分離溝5
1,52に充填された樹脂封止体70を露出させる。 (切断工程)次に、図4(d)に示すように、分離溝5
1,52に充填された樹脂封止体70を、例えば、刃の
厚さが20μmのダイシングソー等を用いて各分離溝の
中央部で分離溝に沿って切断する。
示す実施の形態1の半導体チップが作製される。
製造方法では、ウエハ100において素子間に分離溝5
1を形成して、その分離溝51に樹脂を充填して硬化
し、ウエハ100の下面を分離溝51において硬化され
た樹脂が露出するまで研磨した後、その分離溝51の部
分で硬化した樹脂を切断するようにしているので、その
樹脂のみを切断することによりサファイアを切断するこ
となく個々の素子に分離することができる。尚、本製造
方法においては、分離溝を形成する工程と基板の下面を
研磨する工程とを必要とするが、サファイア基板をカッ
トする場合に比較して切断が容易であり、また、研磨工
程は自動化が容易である。
離溝を形成する工程以外では直接サファイア基板を切断
する必要がないので、チッピングやクラックを発生させ
ることなく各素子に分離でき、信頼性の高い半導体チッ
プを歩留まりよく製造することができる。
ば、樹脂封止体を直交する分離溝51,52においてそ
れぞれ、ウエハ100と垂直に切断しているので、容易
に方形の半導体チップを製造することができる。また、
本実施の形態2の半導体チップでは樹脂を硬化させた後
に研磨及び切断により樹脂封止体7の形状加工を施して
いるので、例えば個々の素子に分割した後に樹脂層を形
成して樹脂封止した場合に比較して、寸法精度よく樹脂
封止体を加工できるので、外形の寸法バラツキの少ない
半導体チップを製造することができる。以上説明したよ
うに、上記製造方法によって作製された実施の形態1の
半導体チップは、方形形状を有しかつ外形の寸法のバラ
ツキを少なくできるので、安定した実装を容易に実現で
きる。
の半導体チップは、樹脂封止体70として透光性を有す
る樹脂を用いかつその樹脂の中に蛍光体を含有させた発
光素子チップである。すなわち、本実施の形態2の半導
体チップは、以下のように構成している。 (1)p全面電極31を例えば薄い金属膜からなる透光
性を有する電極として、発光層で発光した光を電極が形
成された側から光を取り出すように構成している。 (2)また、樹脂封止体70の中に、発光層で発光した
光を吸収して吸収した光とは異なる波長の光を発生する
蛍光体を含有させている。 (3)上記(1)(2)以外は実施の形態1と同様に構
成される。
方法は、樹脂封止体70の樹脂として蛍光体を含有させ
た樹脂を用いる以外は、実施の形態1の製造方法と同様
である。
半導体チップにおいて、例えば、n型半導体層及びp型
半導体層としてそれぞれ窒化物半導体を用い発光層にお
いて青色光を発光させ、蛍光体として例えば、セリウム
で付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット
系蛍光体等の蛍光体を用いることにより、発光層で発光
した光と蛍光体により発光された光との混色により白色
の光が観測される。
導体チップは、基板1の下面を除いて全て樹脂封止体7
0で覆っているので、色度のバラツキを小さくできる。
例えば、基板1の側面(又はその一部)が蛍光体を含む
樹脂により覆われていないと、その部分から発光層で発
光した光が直接出射され、全体としては青みががった白
色となるが、実施の形態2の半導体チップでは基板1の
側面を露出させることなく蛍光体を含む樹脂により覆う
ことができるので、かかる不都合を防止できる。
半導体チップの実装例について説明する。 実装例1.実装例1は、本発明に係る半導体チップをフ
リップチップボンディングした場合の実装例である(図
7)。すなわち、本実装例では、図7に示すように、実
装基板90に形成された電極(図示せず)に半導体チッ
プの電極層24,34を対向させハンダ80により接続
している。この例では、発光した光は基板の下面から放
射される。このようにフリップチップボンディングされ
て使用される場合には、半導体チップの樹脂封止体7に
は、例えば酸化チタン等の反射散乱粒子を含有させるこ
とが好ましく、このように樹脂封止体7に反射散乱粒子
を含有させると基板の側面及び基板の電極側から放射さ
れる光をその反射散乱粒子により反射して基板の下面か
ら出射することができるので、光の取りだし効率を向上
させることができる。
使用される場合には、半導体チップの樹脂封止体7にA
lN等の熱伝導性の良好な粒子を含有させてもよく、こ
のようにすると樹脂封止体7の熱伝導性を向上させるこ
とができるので、放熱特性を良好にできる。さらに、フ
リップチップボンディングされて使用される場合には、
半導体チップの樹脂封止体7の材料として、耐熱性に優
れた樹脂を用いることが好ましく、これによりリフロー
ハンダ付けを可能にしかつそれによる劣化を防止でき
る。
に、基板1の上面、すなわち基板1の電極が形成された
側から光を取り出すことを意図して、例えば、AuやA
lからなるワイヤー82を用いてワイヤーボンディング
により接続した例である。例えば、実施の形態2の半導
体チップではこのような実装方法が用いられる。このよ
うな実装方法で本発明に係る素子は略垂直な側面を有す
る樹脂封止体7によって覆われているので、ダイボンド
樹脂83が樹脂封止体7の上面に廻り込んで付着するの
を(バンプ上に付着するのを)防止できる。ここで、本
実装例において、ダイボンド樹脂としてエポキシ樹脂や
銀ペーストを用いることができる。
導体を用いた発光素子チップについて説明したが、本発
明はこれに限られるものではなく、他の半導体材料を用
いた素子についても適用することができる。また、本発
明は発光素子チップに限られるものではなく、受光素子
さらには光関連素子以外のダイオードやトランジスタに
ついても適用することができる。
係る半導体チップは、上記バンプの先端部分と基板の下
面を除いて上記チップを実質的に覆うように樹脂封止体
が形成され、かつ該樹脂封止体は上記基板に垂直な側面
を有しているので、上記各半導体層及び各電極を保護す
ることができ、実装時における取り扱いを容易にでき、
かつ、上記樹脂封止体は上記基板に垂直な側面を有して
いるので、実装時における取り扱いを容易にできる。従
って、本発明によれば、取り扱いが容易な半導体チップ
を提供することができる。
法は、上記ウエハの素子間に分離溝を形成する溝形成工
程と、上記分離溝に樹脂が充填されるように樹脂を形成
する樹脂形成工程と、上記ウエハを上記分離溝の硬化さ
れた樹脂が露出するまで研磨する研磨工程と、上記分離
溝の硬化された樹脂を切断する切断工程とを含むことに
より、樹脂を硬化させた後に研磨及び切断により樹脂封
止体の形状加工を施しているので、寸法精度よく樹脂封
止体を加工でき、外形の寸法バラツキの少ない半導体チ
ップを製造することができかつ、チッピングやクラック
の発生を容易に防止でき、しかも容易に自動化すること
ができる。
(発光素子チップ)の平面図である。
ける、素子部分を構成した後の断面図(a)、分離溝を
形成した後の断面図(b)、樹脂層を形成した後の断面
図(c)である。
ける、樹脂層を研磨した後の断面図(a)、バンプ間を
接続する電極層を形成した後の断面図(b)、基板を研
磨した後の断面図(c)、分離溝において樹脂層を切断
した後の断面図(d)である。
いて、分離溝を形成した後の平面図である。
いて、樹脂層を研磨して、バンプ間を接続する電極層を
形成した後の平面図である。
実装した時の様子を示す断面図である。
ィングを用いて実装した時の様子を示す断面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 基板上にn電極が形成されたn型半導体
層とp電極が形成されたp型半導体層とを備え、上記n
電極上及びp電極上にそれぞれバンプが形成されてなる
半導体チップにおいて、 上記バンプの先端部分と基板の下面を除いて上記チップ
を実質的に覆うように樹脂封止体が形成され、かつ該樹
脂封止体は上記基板に垂直な側面を有することを特徴と
する半導体チップ。 - 【請求項2】 上記n型半導体層は1又は2以上の窒化
物半導体層を含んでなり、上記p型半導体層は1又は2
以上の窒化物半導体層を含んでなる請求項1記載の半導
体チップ。 - 【請求項3】 上記樹脂封止体は、上記基板の下面の外
側に該下面と実質的に同一平面上に位置する底面を有す
る請求項1又は2記載の半導体チップ。 - 【請求項4】 上記樹脂封止体は、蛍光体を含む請求項
1〜3のうちのいずれか1つに記載の半導体チップ。 - 【請求項5】 上記樹脂封止体は、反射散乱粒子を含む
請求項1〜3のうちのいずれか1つに記載の半導体チッ
プ。 - 【請求項6】 ウエハ上に形成された複数の素子を素子
毎に分離することにより半導体チップを製造する方法で
あって、 上記ウエハの素子間に分離溝を形成する溝形成工程と、 上記分離溝が形成されたウエハ上に上記分離溝に樹脂が
充填されるように樹脂を形成してその樹脂を硬化する樹
脂形成工程と、 上記ウエハの下面を、上記分離溝の硬化された樹脂が露
出するまで研磨する研磨工程と、 上記分離溝の硬化された樹脂を切断する切断工程とを含
むことを特徴とする半導体チップの製造方法。 - 【請求項7】 上記各素子はそれぞれ、ウエハ上にn電
極が形成されたn型半導体層とp電極が形成されたp型
半導体層とを有し、上記n電極上及びp電極上にそれぞ
れバンプが形成されてなり、 上記樹脂形成工程において、上記樹脂を上記バンプの先
端部分を除いて実質的に各素子を覆うように形成する請
求項6記載の半導体チップの製造方法。
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