JP2004031913A

JP2004031913A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2004031913A
Application number: JP2003062850A
Authority: JP
Inventors: Nobuhito Oouchi; 大内　伸仁; Yasushi Shiraishi; 白石　靖
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2019-04-09
Also published as: JP3784776B2

Abstract

【課題】プリント基板などに半導体装置を実装する際の熱ストレスによって、半導体装置と実装基板との接合部に生じるクラックを低減する。
【解決手段】本発明の半導体装置では厚さが２００μｍ以下の半導体素子１と、半導体素子１上に形成された電極パッド２と、電極パッド２と電気的に接続される配線３と、半導体素子の回路形成面および配線を封止する封止樹脂４とを有することを特徴とする。また半導体素子の製造方法では、半導体ウェハの主面上に電極パッド２を形成する工程と、電極パッドと接続される配線３を形成する工程と、半導体ウェハの主面および配線を樹脂封止する工程と、樹脂表面から溝を形成し、半導体ウェハの所定の深さまで到達させる工程と、半導体ウェハの裏面を溝の底部まで研磨し、個々の半導体装置に分割する工程とを有することを特徴とする。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関するものであり、特にそのパッケージに関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高密度実装が進み、チップサイズパッケージ等の半導体装置が注目を集めている。
【０００３】
従来、こういったチップサイズパッケージでは図９に示すようなものがあった。図９の半導体装置は４００μｍの厚さを有する半導体素子１に電極パッド２が形成され、電極パッド２に電気的に接続するＣｕ等による配線３が形成されている。半導体素子表面および配線３は厚さ１００μｍ程度の樹脂４によって封止されている。樹脂表面に露出した配線３の上に半田などによるバンプ５が形成されている。
【０００４】
以下、図１０を利用して従来の半導体装置の製造方法について説明する。まず半導体基板であるウェハ１００上にＣｕ等の配線１０１が形成される（図１０−Ａ）。この状態でウェハ全体に対して樹脂１０２を充填する（図１０−Ｂ）。その後、表面全体を研磨して配線１０１を表面に露出させる（図１０−Ｃ）。配線７２の表面に半田などによるバンプ電極１０３を形成する（図１０−Ｄ）。ウェハを個々の半導体装置に切断し、分割することによって、半導体装置の形成を終了する（図１０−Ｅ　）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構造、および製造方法では、プリント基板などに半導体装置を実装する際の熱ストレスによって、半導体素子と実装基板との接合部にクラックが生じる等の問題があった（図１１参照）。また従来の半導体装置の製造方法では封止する樹脂の応力が高い場合は、樹脂封止をした段階でウェハに反りなどを生じてしまう恐れがあり、個々に分割する為のステージに固定しづらくなる場合があった（図１２参照）。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するために、本発明の半導体装置では厚さが２００μｍ以下の半導体素子と、半導体素子上に形成された電極パッドと、電極パッドと電気的に接続される配線と、半導体素子の回路形成面および配線を封止する封止樹脂とを有することを特徴とする。
【０００７】
また本発明の半導体装置の製造方法では、半導体ウェハの主面上に電極パッドを形成する工程と、電極パッドと接続される配線を形成する工程と、半導体ウェハの主面および配線を樹脂封止する工程と、樹脂表面から溝を形成し、半導体ウェハの所定の深さまで到達させる工程と、半導体ウェハの裏面を溝の底部まで研磨し、個々の半導体装置に分割する工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
また本発明の半導体装置の実装方法では、厚さが２００μｍ以下である半導体素子の主面が樹脂封止された半導体装置を準備する工程と、半導体装置を実装基板上に配置する工程と、熱処理によって半導体装置と実装基板とを接続する工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態における半導体装置の構造を示す図である。
【００１０】
以下図１を用いて本発明の第１の実施の形態について説明する。なお図８と共通する部分に関しては共通の符号を用いて説明する。図中で半導体素子や樹脂の厚さは破線等を用いて示している。
【００１１】
半導体素子１は従来構造の４００μｍよりも薄く形成され、本実施の形態では１００μｍの厚さを有している。
【００１２】
半導体素子１の主面には所定箇所にアルミ電極パッド２が形成されている。半導体素子上にはＣｕによる配線３が形成されている。配線３の高さは５０μｍである。また配線３はアルミ電極パッド２に電気的に接続している。
【００１３】
半導体素子１の主面（回路形成面）および配線３は樹脂４によって封止されている。樹脂４の厚さは配線３と同様５０μｍである。樹脂４の上には突起電極５が形成されている。本実施の形態では樹脂４の表面に露出した配線３の上に半田などによるバンプ電極５が形成されている。
【００１４】
図２−Ａはプリント基板などの実装基板上に半導体装置を実装し、温度サイクル試験を行った結果を示す図である。図２−Ａの横軸は半導体素子の厚さを示し、縦軸は半導体装置と実装基板との接合部（本実施の形態では半田ボールである）にクラックが生じるまでのサイクル数および実装基板と半導体装置との歪みを示した図である。
【００１５】
熱膨張係数の違いから、加熱すると半導体装置と実装基板との間には歪みが生じる。半導体素子１の厚さを薄くすることによって、半導体素子自体の柔軟性は大きくなる。よって半導体素子自体が加熱時の歪みを吸収する。図２−Ａでは半導体素子を薄くするほど、接合部の最大歪みが小さくなっている。
【００１６】
また半導体素子を薄くするほど、半田ボールにクラックが発生するまでの温度サイクル数も増加している。
【００１７】
この効果は半導体素子を２００μｍ以下とすることで顕著に現れる。
【００１８】
図２−Ｂは半導体素子の厚さを一定として、その主面を封止する樹脂の厚さを変化させた場合の温度特性を示す図である。図２−Ｂに示すデータでは半導体素子の厚さを２００μｍとし、樹脂の厚さを約５０μｍ、６０μｍ、１００μｍ、１５０μｍと変化させている。
【００１９】
半導体素子の厚さ：樹脂の厚さ＝４：１とした場合に比べて、本発明のように半導体素子の厚さ：樹脂の厚さ＝２：１あるいは１：１にした場合の方が最大歪みが小さくなる。これは半導体素子の厚さに対しての樹脂の厚さが厚いほうが半導体素子自体の柔軟性が大きくなり温度特性が良くなることを示している。半導体素子の厚さに対して樹脂の厚さが１／２以上あることによって顕著な効果が見うけられる。
【００２０】
本件発明者らのさらに詳細な実験およびシミュレーションによると本発明における半導体装置では半導体素子の厚さを２００μｍ以下とし、半導体素子の厚さに対して樹脂の厚さが１／２以上となる範囲にすることで、基板実装時などのクラック発生を十分に抑えることが出来る。
【００２１】
図３および図４は本発明第１の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す図である。
【００２２】
次に図３および図４を用いて本発明第１の実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。
【００２３】
まず半導体ウェハ３０の主面（回路形成面）上に電気メッキ等により、高さ約５０μｍのＣｕの配線３１を形成する（図３−Ａ）。この配線３１はウェハ３０上に形成された電極パッド（図示していない）に電気的に接続されている。
【００２４】
その後、半導体ウェハ３０の主面および配線３１に対して樹脂３２を充填する（図３−Ｂ）。樹脂充填の方法はトランスファモールド法、ポッティング法、印刷法等で行う。
【００２５】
この段階の半導体ウェハ３０は、樹脂３２の応力などによって反りが生じないような十分な厚さを持っているものとする。
【００２６】
樹脂３２に埋もれてしまっている配線３１が露出し、樹脂３２および配線３１の高さが５０μｍとなるまで、研磨刃３３によって樹脂３２の表面を研磨する（図３−Ｃ）。
【００２７】
その後、高速回転する外周刃３４によって、樹脂３２を充填した面から溝３５を形成する。この溝３５は後に個々の半導体装置に分割する部分に形成される。
【００２８】
この溝３５の深さは最終的に個々の半導体装置とした場合の半導体素子の厚さに基づいて決定する。本実施の形態では半導体素子１の厚さを１００μｍとするので半導体ウェハ３０の部分には１２０μｍの溝を形成する。この工程で形成される溝３５の樹脂表面から底部までの深さは、樹脂厚＋ウェハの溝の深さで５０＋１２０＝１７０μｍとなる（図３−Ｄ）。
【００２９】
その後、基板の樹脂形成面に研削テープ３６を貼付する。この研削テープは紫外線を照射することによって、粘着力が落ち、簡単に剥がせるものである。
【００３０】
研削テープ３６を貼付した面を研削ステージ（図示していない）に固定する（図４−Ａ）。研削ステージに固定した状態でウェハ３０の裏面側の全面を研磨する。この研磨は前工程で形成した溝３５の底部に達するまで行う。
【００３１】
ウェハ３０の裏面の研磨を溝の底部に達するまで行うことで、半導体装置は個々に分割される。つまり研削テープ３６の上に個々に分割された半導体装置３７が並ぶ状態となる（図４−Ｂ）。
【００３２】
その後研磨された裏面にマウントテープ３８を貼り、後工程へと供給される。
【００３３】
後工程では必要に応じてバンプ電極などが形成される。
【００３４】
本実施の形態の製造方法では、まず十分に厚いウェハを樹脂で封止する。この段階ではウェハに反りなどが生じる恐れはない。その後、樹脂側からウェハに溝を形成する。この溝の底部までウェハの裏面を全面研磨して個々に分離する。
【００３５】
よってウェハの固定時の反りの問題などが解消できる。
【００３６】
また最終的に半導体素子が薄くなっても、ウェハよりも個々の半導体装置の方が十分に小さいので樹脂による応力の問題はなくなる。また本発明の製造方法により、従来よりも半導体素子の厚さを薄くした半導体装置の提供が可能になる。
【００３７】
（第２の実施の形態）図５は本発明の第２の実施の形態における半導体装置の構造を示す図である。
【００３８】
以下図５を用いて本発明の第２の実施の形態について説明する。なお図１と共通する部分に関しては共通の符号を用いて説明する。
【００３９】
半導体素子１は従来構造の４００μｍよりも薄く形成され、本実施の形態ではその中央部１１で、１００μｍの厚さを有している。半導体素子の周辺部１２では、半導体素子１の厚さがその中央部１１よりも薄くなっている。つまり半導体素子１の周辺部では段差部６が形成されている。この段差部６は半導体素子の主面側（回路形成面側）に形成される。この段差部６の深さ、つまり中央部表面から周辺部１２の上部までの距離は３０μｍ程度である。
【００４０】
半導体素子１の主面部分には所定箇所にアルミ電極パッド２が形成されている。半導体素子１上にはＣｕによる配線３が形成されている。配線３の高さは５０μｍである。また配線３はアルミ電極パッド２に電気的に接続されている。
【００４１】
半導体素子１の主面および配線３は樹脂４によって封止されている。樹脂４の厚さは配線３と同様５０μｍである。樹脂４の上には突起電極５が形成されている。本実施の形態では樹脂４の表面に露出した配線３の上に半田などによるバンプ電極５が形成されている。
【００４２】
本発明における半導体装置では、半導体素子１の周辺部１２が中央部１１よりも薄くなり段差部６を形成している。この段差部６は、半導体素子の中央部１１を囲むように４辺それぞれに形成されている。
【００４３】
このような構成にすることで第１の実施の形態と同様、実装時のクラックなどが防止できる。
【００４４】
さらに、段差部がある事で、半導体素子１の周辺部１２では樹脂４と半導体素子１の接触する部分が増える。よって樹脂が剥離してしまう恐れが小さくなる。また半導体素子１と樹脂の界面から水分が侵入しても、中央の回路形成部まで水分が到達してしまうことがない。
【００４５】
図６および図７は本発明第２の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す図である。
【００４６】
以下に図６および図７を用いて本発明第２の実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。なお図３、図４と共通する部分については同一の符号を用いて説明する。
【００４７】
まず半導体ウェハ３０の主面上に電気メッキ等により、高さ約５０μｍのＣｕの配線３１を形成する（図６−Ａ）。この配線３１はウェハ３０上に形成された電極パッド（図示していない）に電気的に接続されている。
【００４８】
その後、高速回転させた外周刃６０によって半導体ウェハ３０の主面に第１の溝６１を形成する。この第１の溝６１は個々の半導体素子の周辺部となる部分に形成される。この第１の溝の形成に用いられる刃６０の刃厚は約５０μｍである。溝６１の幅はこの刃厚よりも１〜５μｍ大きく形成される。この第１の溝６１の深さは３０μｍである（図６−Ｂ）。
【００４９】
その後、半導体ウェハ３０の主面（回路形成面）に対して樹脂３２を充填する。樹脂充填の方法はトランスファモールド法、ポッティング法、印刷法等で行う（図６−Ｃ）。
【００５０】
この段階の半導体ウェハ３０は、樹脂３２の応力などによって反りが生じないような十分な厚さを持っているものとする。
【００５１】
樹脂に埋もれてしまっている配線３１が露出し、樹脂３２および配線３１の高さが５０μｍとなるまで、研磨刃３３によって樹脂３２の表面を研磨する（図６−Ｄ）。
【００５２】
その後、高速回転する外周刃６２によって、樹脂３２を充填した面から第２の溝６３を形成する（図７−Ａ）。この第２の溝６３の幅は第１の溝６１よりも狭く、第１の溝６１の内側に形成される。この部分の拡大図を図８に示す。この第２の溝６３を形成する刃６２の厚さは約３０μｍである。
【００５３】
第２の溝６３の深さは最終的に個々の半導体装置とした場合の半導体素子の厚さに基づいて決定する。本実施の形態では半導体素子の中央部での厚さを１００μｍとするので、半導体ウェハ３０の主面から１２０μｍの深さの溝を形成する。樹脂表面から第２の溝６３の底部までの深さは、樹脂厚＋第１の溝の深さ＋ウェハの溝の深さで５０＋３０＋９０＝１７０μｍとなる。
【００５４】
その後、樹脂形成面に研削テープ３６を貼付する。この研削テープ３６は紫外線を照射することによって、粘着力が落ち、簡単に剥がせるものである。
【００５５】
この研削テープ３６を研削ステージ（図示していない）に固定する（図７−Ｂ）。研削ステージに固定した状態でウェハ３０の裏面を研磨する。研磨は前工程で形成した第２の溝６３の底部に達するまで行う（図７−Ｃ）。
【００５６】
ウェハ裏面の研磨を第２の溝６３の底部に達するまで行うことで、半導体装置は個々に分割される。つまり研削テープ３６の上に個々に分割された半導体装置３７が並ぶ。
【００５７】
その後研磨されたウェハ裏面にマウントテープ３８を貼り、後工程へと供給される。
【００５８】
本実施の形態では第１の溝の深さを３０μｍとしている。第１の溝６１を余り深く形成すると、樹脂による応力の影響が大きくなってしまう。本件発明者らの実験によると第１の溝の深さを３０μｍ以上とした場合にウェハに対しての樹脂応力の影響が現れ、ウェハ固定時に反りなどを生じる恐れがある。第１の溝６１の深さはウェハ表面の回路が形成される部分の深さより深く、１０μｍ〜３０μｍ程度にするのが望ましい。
【００５９】
本実施の形態の製造方法によれば第１の実施の形態の半導体装置の製造方法同様、ウェハの固定時に、反りなどが生じる恐れがない。
【００６０】
また第１の溝を形成することにより、樹脂の剥離の恐れが低く、水分の侵入なども防ぐことが可能な半導体装置を製造することが出来る。
【００６１】
（第３の実施の形態）図１３および図１４は本発明の半導体装置の他の製造方法を示す図である。以下第１の実施の形態の半導体装置を例にして本発明の製造方法について説明する。図３および図４と共通する部分には同一の符号を用いて説明する。
【００６２】
半導体ウェハ３０上の樹脂３２を研磨刃３３によって研磨する工程までは第１の実施の形態と同様である（図１３−Ａ〜図１３−Ｃ）。
【００６３】
その後、高速回転する外周刃３４によって、樹脂３２を充填した面から溝３５を形成する。この溝３５は後に個々の半導体装置に分割する部分に形成される。
【００６４】
本実施の形態ではこの溝の深さが第１の実施の形態とは異なっている。本実施の形態では半導体素子１の厚さを１００μｍとするので半導体ウェハ３０の部分には５０μｍの溝を形成する。よってこの工程で形成される溝３５の樹脂表面から底部までの深さは、樹脂厚＋ウェハの溝の深さで５０＋５０＝１００μｍとなる（図１３−Ｄ）。
【００６５】
その後、基板の樹脂形成面に研削テープ３６を貼付する。この研削テープは紫外線を照射することによって、粘着力が落ち、簡単に剥がせるものである。
【００６６】
研削テープ３６を貼付した面を研削ステージ（図示していない）に固定する（図１４−Ａ）。研削ステージに固定した状態でウェハ３０の裏面側の全面を研磨する。この研磨は溝３５の底部より５０μｍ上方に達するまで行う。つまり半導体ウェハ３０の厚さが、１００μｍとなった時点で研磨を終了させる。この段階で、溝３５を形成した部分では研磨時のストレスなどにより、半導体ウェハ３０の裏面にまで届くひびが入ったような状態となっている　（図１４−Ｂ）。これによって半導体装置は個々に分割される。
【００６７】
半導体装置を確実に分割するためには、この後にウェハ裏面に対してローラ１４０等による処理を施すとよい。ローラ１４０が転がることにより、溝３５を形成した部分のウェハがブレーキングされ、確実に個々の半導体装置に分割できる。
【００６８】
その後の工程は第１の実施の形態の製造方法と同様である。
【００６９】
なお、第２の実施の形態の製造方法においても第２の溝の深さを１００μｍとすることで本実施の形態と同様の製造方法が可能である。
【００７０】
本実施の形態の製造方法によれば半導体ウェハの主面側からの溝形成を短く出来る。これによって個々の半導体装置に与えるストレスを低減させることが可能である。
【００７１】
本発明の第１および第２の実施の形態の半導体装置は、プリント基板などの実装基板上に配置される。その後、半田のリフローなどの熱処理によって実装基板上に接続される。本発明の半導体装置を用いることで、実装基板と半導体装置の接合部のクラックを低減させた実装方法が可能となる。
【００７２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明の半導体装置によれば、実装基板と半導体装置の接合部のクラックを低減させることが可能である。
【００７３】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、ウェハの固定時の反りの問題などが解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体装置の構造を示す図。
【図２】本発明の半導体装置の温度サイクル特性を示す図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の工程を示す工程図（その１）。
【図４】本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の工程を示す工程図（その２）。
【図５】本発明の第２の実施の形態の半導体装置の構造を示す図。
【図６】本発明の第２の実施の形態の半導体装置の製造方法の工程を示す工程図（その１）。
【図７】本発明の第２の実施の形態の半導体装置の製造方法の工程を示す工程図（その２）。
【図８】本発明の第２の実施の形態の半導体装置の製造方法における溝部拡大図。
【図９】従来の半導体素子の構造を示す図。
【図１０】従来の半導体素子の製造方法の工程を示す工程図。
【図１１】従来技術の問題点を示す図。
【図１２】従来技術の問題点を示す図。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の半導体装置の製造方法の工程を示す工程図（その１）。
【図１４】本発明の第３の実施の形態の半導体装置の製造方法の工程を示す工程図（その２）。
【符号の説明】
１・・・・・・半導体素子
２・・・・・・電極ＰＡＤ
３、３１、１０１・・・・・・配線
４、３２、１０２・・・・・・封止樹脂
５・・・・・・バンプ電極
３０、１００・・・・・・半導体ウェハ
３７・・・本発明の半導体装置

Claims

半導体ウェハの主面上に電極パッドを形成する工程と、
前記電極パッドと接続される配線を形成する工程と、
前記半導体ウェハの主面および前記配線を樹脂封止する工程と、
前記樹脂表面から溝を形成し、前記半導体ウェハの所定の深さまで到達させる工程と、前記半導体ウェハの裏面を前記溝の底部まで研磨し、個々の半導体装置に分割する工程とを有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
半導体ウェハの主面上に電極パッドを形成する工程と、
前記電極パッドと接続される配線を形成する工程と、
前記半導体ウェハの主面に第１の幅を有する第１の溝を形成する工程と、
前記半導体ウェハの主面および前記配線を樹脂封止する工程と、
前記第１の溝上の樹脂表面から前記第１の幅よりも狭い第２の溝を形成し、前記半導体ウェハの所定の深さまで到達させる工程と、
前記半導体ウェハの裏面を前記第２の溝の底部まで研磨し、個々の半導体装置に分割する工程とを有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
半導体ウェハの主面上に電極パッドを形成する工程と、
前記電極パッドと接続される配線を形成する工程と、
前記半導体ウェハの主面および前記配線を樹脂封止する工程と、
前記樹脂表面から溝を形成し、前記半導体ウェハの所定の深さまで到達させる工程と、
前記半導体ウェハの裏面を該半導体ウェハが所定の厚さとなるまで研磨する工程と、前記半導体ウェハの溝形成部をブレーキングさせ個々の半導体装置に分割する工程とを有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
半導体ウェハの主面上に電極パッドを形成する工程と、
前記電極パッドと接続される配線を形成する工程と、
前記半導体ウェハの主面に第１の幅を有する第１の溝を形成する工程と、
前記半導体ウェハの主面および前記配線を樹脂封止する工程と、
前記第１の溝上の樹脂表面から前記第１の幅よりも狭い第２の溝を形成し、前記半導体ウェハの所定の深さまで到達させる工程と、
前記半導体ウェハの裏面を該半導体ウェハが所定の厚さとなるまで研磨する工程と、
前記半導体ウェハの前記第２の溝形成部をブレーキングさせ個々の半導体装置に分割する工程とを有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
前記半導体ウェハの裏面を研磨する工程では、前記樹脂封止する工程で設けられた封止樹脂の厚さが、半導体ウェハの厚さの１／２より厚くなるまで前記半導体ウェハの研磨を行なうことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
前記樹脂封止する工程は、封止樹脂を前記配線の頂部が埋められるように設けた後に、前記配線が露出するまで前記封止樹脂を研磨するものであることを特徴とする請求項１〜４記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体ウェハの裏面を研磨する工程では、前記樹脂封止する工程で設けられた研磨後の封止樹脂の厚さが、半導体ウェハの厚さの１／２より厚くなるまで前記半導体ウェハの研磨を行なうことを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体ウェハの裏面の研磨で、半導体ウェハの厚さは２００μｍ以下となることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。