JP2003243344A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄化のための研磨工程後の半導体ウェハの厚
みを均一に保つ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する。 【解決手段】 バンプ形成面の裏面に低弾性係数の樹脂
接着材を介して補強部材を接合して成る半導体装置の製
造方法において、バンプ２が形成された半導体ウェハ１
のバンプ形成面を反対面にダイシングシート３が貼着さ
れた状態でダイシングして切断溝１ｂを形成した後にバ
ンプ形成面を表面に粘着樹脂層４ａを有する保護シート
４に押圧して貼着する。次いでバンプ形成面の裏側を研
磨することにより半導体ウェハを薄化し、半導体素子１
ａの裏面に低弾性係数の接着材１０を介して補強部材を
接合する。これにより保護シート４と半導体ウェハ１と
の間に巻き込まれた空気を切断溝１ｂを介して排出して
貼着界面におけるボイド形成を防止し、研磨工程後の半
導体ウェハ１の厚みを均一に保つことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の電極
形成面の裏面に接着材により補強部材を接合して成る半
導体装置の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の基板などに実装される半導体
装置は、ウェハ状態で回路パターン形成が行われた半導
体素子にリードフレームのピンや金属バンプなどを接続
するとともに樹脂などで封止するパッケージング工程を
経て製造されている。最近の電子機器の小型化に伴って
半導体装置の小型化も進み、中でも半導体素子を薄くす
る取り組みが活発に行われている。

【０００３】このような薄型の半導体装置の製造過程に
おいては、ウェハ状態で半導体素子の電極形成面の裏側
を除去するための研磨が行われる。この研磨工程を電極
形成面上に金属バンプを形成した後に行う場合には、バ
ンプ形成面を保護シートに貼着した状態で、バンプ形成
面の反対側を研磨する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
研磨工程においては、半導体ウェハのバンプ形成面と保
護シートとの間に空気が残留することに起因して、半導
体ウェハの研磨厚みの不均一が生じやすい。すなわち、
半導体ウェハを保護シートに貼着する際には、貼着界面
に空気を巻き込みやすく、巻き込まれた空気は部分的に
ボイドを形成する。そして研磨ツールを半導体ウェハの
裏面側に押しつけて研磨する際には、ボイドが存在する
部分の半導体ウェハはボイド内の空気圧力によって部分
的に持ち上げられることから、ボイド部分は他の部分よ
りも余分に研磨される。このため研磨工程後にはボイド
部分のウェハ厚みは周囲よりも薄くなる傾向にあり、半
導体ウェハの厚みを均一に保つことが難しいという問題
点があった。

【０００５】そこで本発明は、薄化のための研磨工程後
の半導体ウェハの厚みを均一に保つ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する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の半導体装
置の製造方法は、半導体素子の外部接続用の電極上にバ
ンプが形成されたバンプ形成面の裏面に低弾性係数の樹
脂接着材を介して補強部材を接合して成る半導体装置を
製造する半導体装置の製造方法であって、複数の半導体
素子の前記電極上にバンプが形成された半導体ウェハの
バンプ形成面を反対面にシートが貼着された状態でダイ
シングして切断溝を形成するダイシング工程と、ダイシ
ング工程後の前記半導体ウェハのバンプ形成面を表面に
粘着樹脂層を有するシートに押圧して貼着するシート貼
着工程と、シート貼着工程後の半導体ウェハのバンプ形
成面の裏側を研磨することにより半導体ウェハを薄化す
る研磨工程と、前記半導体素子の裏面に低弾性係数の樹
脂接着材を介して補強部材を接合する補強部材接合工程
とを含む。

【０００７】請求項２記載の半導体装置の製造方法は、
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、前記ダ
イシング工程において、半導体ウェハの全厚みを切断し
て半導体素子毎に分離する。

【０００８】請求項３記載の半導体装置の製造方法は、
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、前記ダ
イシング工程において、半導体ウェハの厚みを部分的に
切断し、前記研磨工程において半導体ウェハの切断残り
の厚み分を研磨除去することにより半導体素子毎に分離
する。

【０００９】本発明によれば、半導体ウェハをバンプ形
成面の反対面にシートが貼着された状態で半導体ウェハ
をダイシングして切断溝を形成し、ダイシング工程後の
半導体ウェハのバンプ形成面を表面にシートに押圧して
貼着することにより、シートと半導体ウェハとの間に巻
き込まれた空気を切断溝を介して排出して、貼着界面に
おけるボイド形成を防止し、研磨工程後の半導体ウェハ
の厚みを均一に保つことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次の本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１、図２、図３、図５は本発明の
一実施の形態の半導体装置の製造方法の工程説明図、図
４は本発明の一実施の形態の半導体装置の実装方法の工
程説明図である。

【００１１】まず図１、図２、図３を参照して、半導体
装置の製造方法について説明する。この半導体装置の製
造方法は、半導体素子の外部接続用の電極上にバンプが
形成されたバンプ形成面の裏面に低弾性係数の樹脂接着
材を介して補強部材を接合して成る半導体装置を製造す
るものである。

【００１２】図１（ａ）において、１は複数の半導体素
子が形成された半導体ウェハである。半導体ウェハ１の
上面の外部接続用の電極（図示省略）上には、バンプ２
が形成されている。図１（ｂ）に示すように半導体ウェ
ハ１のバンプ形成面の反対面にはダイシングシート３が
貼着される。そしてダイシングシート３が貼着された状
態で半導体ウェハ１のダイシングが行われ、各半導体素
子１ａの境界には半導体ウェハ１の全厚みを切断する切
断溝１ｂが形成される。これにより半導体ウェハ１は、
個片の半導体素子１ａに分離される（ダイシング工
程）。

【００１３】次いでこの状態で半導体ウェハ１はダイシ
ングシート３とともに反転され、バンプ形成面が下向き
の姿勢となる。そして半導体ウェハ１の各半導体素子１
ａのバンプ形成面は、図１（ｃ）に示すように薄化工程
での補強用の保護シート４が貼着される（シート貼着工
程）。ここで保護シート４の表面には粘着樹脂層４ａが
形成されており、各半導体素子１ａのバンプ形成面を粘
着樹脂層４ａに対して押圧することにより、バンプ２が
粘着樹脂層４ａ内に埋入するとともに、半導体素子１ａ
の表面は粘着樹脂層４ａの表面に密着する。

【００１４】このシート貼着工程において、各半導体素
子１ａの間には切断溝１ｂが形成されていることから、
図１（ｅ）に示すように半導体素子１ａの表面と粘着樹
脂層４ａとの貼着界面に巻き込まれた空気が残留して生
じるボイド４ｂは、切断溝１ｂを介して貼着界面から脱
出する。これにより、貼着完了後の半導体素子１ａの表
面と粘着樹脂層４ａとの貼着界面にはボイド４ｂがほと
んど残留しない。

【００１５】また貼着工程において半導体ウェハ１が粘
着樹脂層４ａに対して押圧されることから、シート貼着
工程後の切断溝１ｂ内には、図１（ｅ）に示すように粘
着樹脂層４ａが部分的に進入し、隣接する半導体素子１
ａの間の隙間を部分的に充填して半導体素子１ａの側端
相互の直接的な接触を防止する緩衝部４ｃを形成する。
これにより、以下に説明する研磨工程において、半導体
素子１ａの相互接触に起因するダメージを有効に防止す
ることができる。

【００１６】次にシート貼着後の半導体ウェハ１は研磨
工程に送られる。図２（ａ）に示すように、研磨ツール
５によって半導体素子１ａのバンプ形成面の反対側を機
械研磨する。これにより、個片状態の半導体素子１ａ
は、約５０μｍの厚さまで薄化される。このとき、上述
のように半導体素子１ａ相互の隙間内に形成された緩衝
部４ｃにより、研磨時に隣接する半導体素子１ａが衝突
して半導体素子１ａにダメージを与えることを防止す
る。

【００１７】またこの研磨においては、前述のように前
工程のシート貼着工程において貼着界面に残留空気のボ
イドが残留することがないことから、研磨においてボイ
ドが存在する部分の半導体ウェハがボイド内の空気圧力
によって部分的に持ち上げられることに起因する研磨厚
みのばらつきが発生せず、均一な研磨が実現される。

【００１８】次いで、プラズマエッチング処理によるス
トレス層除去が行われる。ここでは図２（ｂ）に示すよ
うに、保護シート４で補強され機械研磨された半導体ウ
ェハ１は、プラズマ処理装置６の処理室７内に設けられ
た載置部８上に載置される。そして処理室７内でプラズ
マを発生させることにより、前工程の機械研磨において
研磨加工面に生じたマイクロクラックを含むストレス層
をプラズマエッチングにより除去する。これにより、薄
化された半導体ウェハ１の強度が向上する。なお、スト
レス層の除去方法としては、プラズマエッチング以外に
ポリッシング工法による処理や、薬液を用いたケミカル
エッチングでも良い。またストレス層を除去する工程は
省略しても良い。

【００１９】この後、図２（ｃ）に示すように、個片に
分離され薄化された半導体素子１ａのバンプ形成面の反
対面（裏面）に接着材１０を介して補強部材１１を接合
する（補強部材接合工程）。補強部材１１は、樹脂やセ
ラミックあるいは金属などの材質を板状に形成した補強
部材である。また接着材１０は低弾性係数の樹脂接着材
であり、エラストマーなど接合状態における弾性係数が
小さく、小さな外力で容易に伸縮する材質が用いられ
る。

【００２０】この補強部材１１は、各半導体素子１ａ毎
に切り分けられて半導体装置を形成した状態で、半導体
装置のハンドリング用の保持部として機能すると共に、
半導体素子１ａを外力や衝撃から保護する補強部材とし
ての役割をも有するものである。このため補強部材１１
は、半導体素子１ａの曲げ剛性よりも大きな曲げ剛性を
有する充分な厚さとなっている。

【００２１】補強部材接合工程の後、図２（ｄ）に示す
ように、各半導体素子１ａのバンプ形成面から保護シー
ト４が剥離される。次いで補強部材１１に接合された状
態の半導体素子１ａは補強部材熱圧着工程に送られる。
図３（ａ）に示すように、個片の半導体素子１ａが接合
された補強部材１１を圧着ヘッド１２に保持させ、バン
プ形成面を耐熱シート１４が装着された熱圧着ステージ
１３の押圧面に対して所定の荷重で押圧する。これによ
り、半導体素子１ａの裏面には、補強部材１１が接着材
１０を介して接合される。

【００２２】この補強部材熱圧着工程において、半導体
素子１ａの裏面と接着材１０との接合界面には空気を巻
き込みやすく、図３（ｃ）に示すように残留した空気が
ボイド１０ａを形成しやすい。このような場合にあって
も、半導体素子１ａ相互の間にはダイシングによって切
断溝１ｂが予め形成されていることから、熱圧着の過程
において接合界面に残留したボイド１０ａは切断溝１ｂ
を介して大部分が排出され、熱圧着完了後に接合界面に
残留するボイドはきわめて少ない。したがって、圧着ヘ
ッド１２による押圧状態を解除した後に、ボイドの存在
によって生じる平坦度の不良発生がきわめて少ない。

【００２３】次いで、熱圧着後の半導体素子１ａは個片
分離工程に送られ個片の半導体装置に分割される。ここ
では、図３（ｄ）に示すように補強部材１１を、各半導
体素子１ａ毎に切断して個片の補強部材１１ａに分離す
る。このとき、図１（ｂ）に示すダイシング工程におけ
る半導体素子１ａのダイシング幅ｂ１よりも狭いダイシ
ング幅ｂ２で、補強部材１１を分離する。

【００２４】これにより、個片の半導体装置１５が完成
する。この半導体装置１５は、外部接続用のバンプ２が
形成された半導体素子１ａと、この半導体素子１ａのバ
ンプ形成面の反対面に接着材１０により接合された補強
部材１１ａとを備えた構成となっている。そして補強部
材１１ａのサイズＢ２は半導体素子１ａのサイズＢ１よ
りも大きく、その外周端は半導体素子１ａの外周端より
も外側に突出して、半導体装置１５を側方からハンドリ
ングする際にも半導体素子１ａが保護されるような形状
となっている。

【００２５】この半導体装置１５の製造過程において、
半導体ウェハ１にバンプ２を形成した状態で補強部材１
１を接合することにより、半導体ウェハ１が樹脂層で拘
束された状態でバンプ形成を行う場合に発生する破損を
防止することができ、加工歩留まりを向上させることが
できる。

【００２６】この半導体装置１５の実装について図４を
参照して説明する。図４（ａ）に示すように、半導体装
置１５は補強部材１１ａの上面を実装ヘッド１６によっ
て吸着して保持され、実装ヘッド１６を移動させること
により、基板１７の上方に位置する。そして半導体装置
１５のバンプ２を基板１７の電極１７ａに位置合わせし
た状態で実装ヘッド１６を下降させ、図４（ｂ）に示す
ように半導体素子１ａのバンプ２を電極１７ａに上に着
地させる。

【００２７】その後基板１７を加熱することにより、バ
ンプ２を電極１７ａに半田接合する。すなわち、半導体
装置１５を基板１７へ搭載する際のハンドリングにおい
て、実装ヘッド１６によって、補強部材１１ａを保持す
る。バンプ２の電極１７ａとの接合は、半田接合以外に
バンプ２と電極１７ａを圧接させた状態で樹脂によって
半導体装置１５と基板１７を接着する方法、あるいはバ
ンプ２と電極１７ａとの金属間接合による方法、あるい
は導電性樹脂接着材による接合方法を用いてもよい。こ
の実装過程においては、接着材１０と半導体素子１ａと
の接合界面にボイドの残留がきわめて少ないことから、
加熱によってボイド内の気体が膨張して破裂を生じる不
具合がほとんど発生しない。

【００２８】この半導体装置１５を基板１７に実装して
成る実装構造は、半導体装置１５の電極であるバンプ２
を基板１７の電極１７ａに接合することにより半導体装
置１５が基板１７に固定される形態となっている。図４
（ｃ）に示すように、実装後に基板１７に何らかの外力
により、撓み変形が発生した場合には、半導体素子１ａ
は薄くて撓みやすいくしかも接着材１０は低弾性係数の
変形しやすい材質を用いていることから、基板１７の撓
み変形に対して半導体素子１ａと接着材１０の接着層の
みが追従して変形する。

【００２９】これにより、実装後にアンダーフィル樹脂
を充填するなどの補強処理を必要とすることなく接合部
の応力が緩和され、単に半導体素子１ａと補強部材１１
ａとを接着材１０により接合するという簡易な形態のパ
ッケージ構造で、実装後の信頼性の確保が実現される。

【００３０】なお上記実施の形態では、半導体ウェハ１
に切断溝を形成するダイシング工程において、半導体ウ
ェハ１の全厚みを切断して個片の半導体素子１ａに分離
するようにしているが、図５に説明するような部分ダイ
シングによる方法を用いてもよい。すなわち、図５
（ａ）に示すように、ダイシング工程において半導体ウ
ェハ１の厚みを部分的に切断する切断溝１ｂ’を形成す
る。そして図５（ｂ）に示すように、半導体ウェハ１が
切断残りの厚みによって部分的に連結された状態で、保
護シート４に貼着し、次いで図５（ｃ）に示すようにダ
イシングシート３を剥離する。そして図５（ｄ）に示す
研磨工程においては、半導体ウェハ１の切断残りの厚み
分を機械研磨によって除去する。

【００３１】この部分ダイシングによっても、図２に示
す例と同様に、半導体素子１ａの表面と粘着樹脂層４ａ
との貼着界面に巻き込まれた空気が残留して生じるボイ
ド４ｂは、切断溝１ｂ’を介して貼着界面から脱出して
貼着完了後のボイドの残留がほとんどなく、また隣接す
る半導体素子１ａの間の隙間に粘着樹脂層４ａが進入す
ることによる緩衝部が形成され、前述と同様の効果を得
ることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、半導体ウェハをバンプ
形成面の反対面にシートが貼着された状態で半導体ウェ
ハをダイシングして切断溝を形成し、ダイシング工程後
の半導体ウェハのバンプ形成面を表面にシートに押圧し
て貼着するようにしたので、シートと半導体ウェハとの
間に巻き込まれた空気を切断溝を介して排出して、貼着
界面におけるボイド形成を防止し、研磨工程後の半導体
ウェハの厚みを均一に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法
の工程説明図

【図２】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法
の工程説明図

【図３】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法
の工程説明図

【図４】本発明の一実施の形態の半導体装置の実装方法
の工程説明図

【図５】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法
の工程説明図

【符号の説明】

１ 半導体ウェハ １ａ 半導体素子 １ｂ 切断溝 ２ バンプ ４ 保護シート ４ａ 粘着樹脂層 １０ 接着材 １１、１１ａ 補強部材 １５ 半導体装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体素子の外部接続用の電極上にバンプ
   が形成されたバンプ形成面の裏面に低弾性係数の樹脂接
   着材を介して補強部材を接合して成る半導体装置を製造
   する半導体装置の製造方法であって、複数の半導体素子
   の前記電極上にバンプが形成された半導体ウェハのバン
   プ形成面を反対面にシートが貼着された状態でダイシン
   グして切断溝を形成するダイシング工程と、ダイシング
   工程後の前記半導体ウェハのバンプ形成面を表面に粘着
   樹脂層を有するシートに押圧して貼着するシート貼着工
   程と、シート貼着工程後の半導体ウェハのバンプ形成面
   の裏側を研磨することにより半導体ウェハを薄化する研
   磨工程と、前記半導体素子の裏面に低弾性係数の樹脂接
   着材を介して補強部材を接合する補強部材接合工程とを
   含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】前記ダイシング工程において、半導体ウェ
   ハの全厚みを切断して半導体素子毎に分離することを特
   徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】前記ダイシング工程において、半導体ウェ
   ハの厚みを部分的に切断し、前記研磨工程において半導
   体ウェハの切断残りの厚み分を研磨除去することにより
   半導体素子毎に分離することを特徴とする請求項１記載
   の半導体装置の製造方法。